第五代移动通信系统概况--面向IMT-2020(5G)的多天线技术

快（如高铁甚至飞机）以及用户特别密集（如候机楼、候车室、演唱会、运动会、突发事件）的应用场景。如图6所示，5G系统希望用户随时随地都能感受到较高的服务质量。

图6. 业务体验现状（左）及均匀化的用户体验要求（右）

6.物联网业务

物联网业务的主要应用领域涵盖了诸如环保监测与公共安全等领域所需的信息采集，以及工业、交通和家居领域的信息交互与控制等多种任务。物联网业务的一个重要特点是，业务类型丰富，各个类型业务的具体需求差异非常巨大。例如某些极端应用场景中，大量的物联网设备会被部署在山区、森林、水体等可能非常偏远而且传播环境相当不理想的地区，以及室内角落、地下室、隧道等信号难以到达的区域。

图7中列出了一些典型的物联网业务应用及其对通信系统的具体需求。

图7. 物联网业务

五．总体愿景

前面提到，未来的移动通信系统将会面临数据流量和终端连接数规模的巨大压力。我们也看到了，究竟是是什么样的业务和用户对通信系统带来了持续的压力。但是这种压力是否就是移动通信系统发展的唯一动因呢？

唯物辩证法认为，事物的发展是内外因共同作用的结果。内因是事物变化发展的根据，外因对于事物变化发展，能够起加速或延缓的作用。所以一般而言，强扭的瓜都不太甜。业务和网络的发展趋势以及来自速率和规模需求的压力，是推进移动通信系统向前演进的重要动力。这股力量一直在屁股后面逼着移动通信系统不停地发展和变革。那么能让移动通信系统持续向前推进的内在牵引力来自什么呢？实际上，最好的内在动力来自于人们内心的欲望和对利益的本能追求。

因此，若要促使移动通信保持持续发展，就需要让各个利益相关方看到足够诱人的前景。图8所示的所谓总体愿景图，就为我们描绘了一幅关于5G系统的令人憧憬和向往的美好景象。莎士比亚说，一千个人眼中就有一千个哈姆雷特。一部好的电影或者文学作品可以让每个人都能根据自己的人生阅历和认知水平，从中获得不同层面的共鸣，感受到不同的意境。一个好的愿景图，则应该可以让这个系统中的每个参与者都找到属于自己的兴奋点：宅男从这幅图看到了热辣动感美少女；设备商从这幅图看到了大量可以牟利的设备；运营商从这幅图看到了有大规模的通信网络需要部署和运营；各种服务提供商看到了有各种各样的设备和通信手段可以让用户便捷的支付钞票。

图8中的一个个圈圈，正是IMT-2020给众人描绘的一张张香喷喷的葱花油渣芝麻大饼，勾起了所有利益相关方逐利的本性与冲动。而历代的移动通信系统，又何尝不是在这样望梅和画饼的美好愿景中，靠着众多如夸父般暴走的通信厂商们一路喂着催熟剂瓜熟蒂落的？   

图8. IMT-2020总体愿景

六．应用场景

了解了可能的业务类型和促进移动通信系统发展的动因，让我们再看看5G系统将面临什么样的应用场景，以及在这些场景中又存在哪些具体的挑战。

图9中给出了IMT-2020归纳的一些典型应用场景。例如，在类似赛场和音乐会的大型集会场所之中，用户分布将会非常密集，必定会产生大量的数据传输需求。这一挑战实际上与现代人的幸福观存在一定的关联。很多人眼中，自己闷头过好了小日子还远远谈不上幸福，他们一定要玩命般地把自己的美好洒遍人间，在朋友圈晒到人尽皆知，刺痛所有亲朋、好友、闺蜜和历届前任的心扉才叫真幸福。

当这样的人出现在密集场所，其扭曲的幸福观将会对移动通信系统造成灾难性的负荷。他们一定会走到哪、拍到哪、晒到哪，一边看热闹，一边多角度全方位地直播自己的幸福。有了这样的用户群，这样的应用场景，5G系统所面临的挑战可想而知。

图9. IMT-2020典型应用场景示例

目前ITU初步归纳出了5G系统的三类典型应用场景：移动宽带增强、海量连接和低时延高可靠。其中，移动宽带增强进一步可以细分成两个子场景，即广域连续覆盖和高容量热点。前者看似是网络部署的基本功能，后者本身似乎也是一种传统的应用场景。但是根据前面的示例，这两类场景中，系统都将会面临更加极端的连接数、流量以及业务质量一致性压力。另外两种场景中，低功率大连接主要针对物联网应用，而低时延高可靠则主要针对工业控制和车联网等应用。

图10. ITU对应用场景与典型业务的划分

七．性能挑战

在上述场景中，5G系统的性能指标需求不尽相同。关于具体的性能需求，ITU层面已经有了初步的结论。如图11和12所示，ITU使用了一套具有8个指标维度的雷达图来表征其性能要求。相比于4G系统，无论体验速率、峰值速率还是连接数、时延和可靠性都会有相当大的提升。

在各项性能之中，很多人喜欢强