任务2
5G关键性能指标

【任务前言】

我们知道5G的到来将改变社会，实现万物互联，具体如何改变呢？即5G时代可实现哪些业务应用场景？另外，这些应用场景的达成又需要5G在哪些关键性能指标上有所提升呢？带着这些问题，我们进入本任务的学习。

【任务描述】

介绍5G应用场景及关键能力。

【任务目标】

掌握5G的应用场景及关键能力。

知识储备

1.2.1 5G应用场景

最初，METIS给5G定义了很多场景，但是关键的性能指标主要集中于更快、更宽以及更省电，后来ITU将这些场景归类为5G三大应用场景。

（1）增强型移动宽带（eMBB，enhanced Mobile BroadBand）。

（2）大连接物联网（mMTC，massive Machine Type Communication）。

（3）超可靠低时延通信（uRLLC，ultra Reliable&Low Latency Communication）。

这三大场景的特点及其对应的业务示例如表1-1所示。

从表1-1中可知，相较于4G，mMTC及uRLLC业务充分体现了5G在垂直行业的应用，是5G的“杀手锏”业务。因三大场景业务特点迥然不同，为了在同一张物理网络上保证多场景下的业务体验，网络切片服务应运而生。通过切片技术可将物理资源虚拟成多个逻辑平面，形成图1-3所示的端到端eMBB业务、uRLLC业务及mMTC业务切片。

总而言之，前几代移动通信技术主要是满足人与人之间通信的基本需求，而5G更像是人们想要制定的一个万能标准，用来满足所有的通信场景。5G多样化的场景也决定了很难有一项单一的技术能够满足人们所有的需求，这导致了5G技术的复杂性更高，也对5G网络的能力提出了非常高的要求。

1.2.2 5G关键能力

以4G为参照，ITU为5G确定了八大关键能力指标（如图1-4所示），主要体现了5G速率更快、连接终端更多、时延更低以及更节能的能力。

1 能效

能效指的是能量转换效率，这里的能效是指传输的数据量与消耗的能量（电量）之比，可以表示为如下公式。

一般来说，相同配置的基站，单个5G基站的耗电量可能是4G基站的2～3倍，但不能只看能耗，还要看能效，5G基站的能效明显更高，可提升100倍，即假设4G基站每传送1GB数据消耗1kW·h电量，那么5G基站消耗1kW·h电量可传送100GB数据。

2 移动性

移动性原指移动通信用户从一个区域移动到另一区域，其通信连接亦能随之移动，且通信活动不受影响。此处的移动性是指用户移动时，在业务不受影响的情况下，网络能够支持的最大移动速率。4G的移动性指标为350km/h，接近复兴号高铁的运行时速，而5G的移动性指标可达到500km/h。

3 峰值速率

峰值速率是指在理想条件下可达到的最大数据速率，可以理解为系统最大承载能力的体现。4G要求上、下行链路峰值速率分别为500MBit/s、1GBit/s，而5G针对eMBB场景，要求上行链路峰值速率为10GBit/s，下行链路峰值速率为20GBit/s，相较于4G，5G的峰值速率提升了20倍。

4 用户体验速率

与峰值速率概念相近，用户体验速率指一般场景下用户能够达到的平均速率。4G为10MBit/s，5G为0.1～1GBit/s，已经接近4G的下行链路峰值速率，相较于4G的用户体验速率，5G的用户体验速率最高提升了100倍。

5 频谱效率

频谱效率指数字通信系统的链路频谱效率，定义为净比特率（有用信息速率，不包括纠错码）或最大吞吐量除以通信信道或数据链路的带宽，单位为Bit/s·Hz ^-1 ，公式如下。

频谱效率即每秒时间内在每赫兹的频谱上能传多少比特的数据。例如，1kHz带宽中每秒可以传送1000Bit的数据，那么其频谱效率为1Bit/s·Hz ^-1 。相较于4G，5G的频谱效率可以提升3倍，部分场景甚至可以提升到5倍。

6 连接数密度

连接数密度指的是在单位范围内，网络能接入的最大用户数量。连接数密度与基站数目、基站配置、小区个数以及频段数目都有关系。但是总的来讲，4G连接数密度能达到10万/km ² ，而5G连接数密度可以达到100万/km ² ，相较于4G，5G的连接数密度提升了10倍。

7 时延

ITU列出的关键能力中的时延是空口时延，而非端到端时延。空口时延指的是基站与终端之间的传输时延。4G标准要求时延小于10ms，而5G标准则要求时延小于1ms，更低的时延会带来更好的用户体验。

8 流量密度

流量密度指单位范围内所有终端的速率之和，公式如下。

假设1km ² 内有100个用户，每个用户的终端速率为10MBit/s，则流量密度为100×10=1000MBit/s·km ^-2 。

总的来说，相较于4G，5G的各个方面都有极大的提升。但是5G的意义不仅在于能力的简单提升，更在于一系列技术的深度融合，5G将成为融合多业务、多技术，聚焦于业务应用和用户体验的新一代通信网络。

任务习题

1 .eMBB、mMTC和uRLLC的中文含义分别是（ ）。

A.增强型移动宽带，超可靠低时延通信，大连接物联网

B.增强型移动宽带，大连接物联网，超可靠低时延通信

C.超可靠低时延通信，大连接物联网，增强型移动宽带

D.大连接物联网，增强型移动宽带，超可靠低时延通信

2 .5G的连接密度数可以达到（ ）。

A.1万/km ²

B.10万/km ²

C.100万/km ²

D.1000万/km ²

3 .5G标准要求的空口时延小于（ ）。

A.10ms

B.1ms

C.5ms

D.30ms

4 .5G标准要求的峰值速率级别是（ ）。

A.10/20GBit/s

B.1GBit/s

C.100MBit/s

D.100GBit/s O/aQ9rpLKAwDZqp1oP4Mp7c626Lhvhm75E/jCWSk2LbC6zHxkmUDqtsYuCzn0c1z