如果说 NB-IoT 是基于 4G LTE 技术而发展起来的代表性物联网技术，那么 5G（第五代移动通信技术）从标准规划阶段起就将物联网的两大典型应用场景纳入了 5G 的基本应用场景，提出了满足应用场景需求的能力要求，并根据能力要求提出了诸多创新的无线技术与网络架构设计方案。
一、5G关键技术
i. 5G空口技术路线
5G 空口技术路线主要包括 5G 新空口（低频空口与高频空口）和 4G 演进两部分。工作在较低频段的新空口引入大规模天线、新型多址、新波形等先进技术，支持更短的帧结构，更精简的信令流程，更灵活的双工方式，用于满足大覆盖、高移动性场景下的用户体验和海量设备连接等应用场景；工作在高频段的新空口针对波形、调制解码、天线技术等进行相应优化，主要覆盖在热点地区，承载大带宽数据流量。
ii. 5G无线关键技术
大规模天线阵列在现有多天线基础上通过增加天线数可支持数十个独立的空间数据流，数倍提升多用户系统的频谱效率，对满足 5G 系统容量与速率需求起到重要支撑作用；超密集组网通过增加基站部署密度，可在局部热点区域实现百倍量级的容量提升；新型多址技术可实现免调度传输，将显著降低信令开销，缩短接入时延，节省终端功耗；全频谱接入通过有效利用各类移动通信频谱(包含高低频段、授权与非授权频谱、对称与非对称频谱、连续与非连续频谱等)资源来提升数据传输速率和系统容量；终端直通技术帮助智能终端设备之间通过短距离技术实现直接通信，多用于协作通信、数据共享网络、应用于物联网终端的低成本 D2D 等等。
参考观研天下发布《2018-2023年中国第五代通信技术（5G）行业市场发展动向调查与投资方向评估分析报告》
未来的 5G 网络将是基于 SDN、NFV 和云计算技术的更加灵活、智能、高效和开放的网络系统。5G 网络架构包括接入云、控制云和转发云三个域。接入云支持多种无线制式的接入，融合集中式和分布式两种无线接入网架构，适应各种类型的回传链路，实现更灵活的组网部署和更高效的无线资源管理。
二、面向物联网的两大典型应用场景
i. 海量机器通信应用场景
海量机器通信应用场景主要面向智慧城市、智能仪表（水表、燃气表等）、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，具有低数据流量、低功耗、海量连接等特点。这类终端分布范围广、数量众多，不仅要求网络具备超千亿连接的支持能力，满足 100 万/km2 连接数密度指标要求，而且还要保证终端的超低功耗和超低成本。
为了满足海量连接、超低功耗和超低成本等业务需求，5G 通过多项关键技术对海量机器通信场景进行支持。新型多址技术（SCMA、MUSA、PDMA 等）通过多用户信息的叠加传输可成倍提升系统的设备连接能力，还可通过免调度传输有效降低信令开销和终端功耗；基于高效滤波的新波形技术（如 F-OFDM、FBMC 等）在灵活使用碎片频谱、支持窄带和小数据包、降低功耗与成本方面具有显著优势；此外，终端直接通信(D2D)可避免基站与终端间的长距离传输，可实现功耗的有效降低。
ii. 高可靠低时延通信应用场景
高可靠低时延通信应用场景主要面向车联网、工业控制、远程医疗等垂直行业的特殊应用需求，这类应用对时延和可靠性具有极高的指标要求，需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。
为了满足低时延和接近 100%的业务可靠性等业务需求，5G 通过多项关键技术对高可靠低时延通信场景进行支持。5G 新空口技术通过采用更短的帧长，有效地降低空口传输时延、网络转发时延及重传概率，以满足极高的时延和可靠性要求。在多址技术方面，通过 SCMA、PDMA、MUSA 等技术实现免调度传输，避免资源分配流程，实现上行数据包调度的“零”等待时间。终端直通技术通过建立终端与终端之间的直接连接，在车联网等应用场景里可有效降低时延，提升可靠性。此外，还可以利用增强协作多点（CoMP）和动态 MESH 等技术，加强基站间和终端间的协作互助，进一步提升数据传输的可靠性。在网络架构方面，控制云通过优化数据传输路径，控制业务数据靠近转发云和接入云边缘，可有效降低网络传输时延。采用移动边缘计算技术，将业务平台下沉至网络边缘，为移动用户就近提供业务计算和数据缓存能力，不仅可以大大降低物联网设备网络时延，而且可以提升整个网络系统的本地自主存活能力，增强了整个系统的可靠性。
三、5G物联网场景相关技术标准路线图
5G 三大典型应用场景中，增强移动宽带场景由于需求较为急切，所以标准制定工作略微领先高可靠低时延通信和海量机器连接两个物联网应用场景。5G 的标准制定由 3GPP 国际标准组织制定，ITU 负责审核通过。5G 的标准制定分为两个阶段，第一阶段是 Release 15，这一阶段将定义增强移动宽带场景的技术规范和部分高可靠低时延场景的技术规范；第二阶段是 Release 16，这一阶段将定义另一部分高可靠低时延场景和海量机器连接场景的技术规范。也就是说，整个 5G 两大物联网应用场景标准制定工作将在 2019 年底完成。鉴于物联网产业链发展迅速，各大运营商、设备商、芯片商、模组商都紧盯物联网市场这块大蛋糕，所以预计 5G 物联网设备将于标准冻结后的半年至一年时间开始出货，部署将会比预想的更加迅速。
图：5G 愿景：三大应用场景及技术指标
一、5G关键技术
i. 5G空口技术路线
5G 空口技术路线主要包括 5G 新空口（低频空口与高频空口）和 4G 演进两部分。工作在较低频段的新空口引入大规模天线、新型多址、新波形等先进技术，支持更短的帧结构，更精简的信令流程，更灵活的双工方式，用于满足大覆盖、高移动性场景下的用户体验和海量设备连接等应用场景；工作在高频段的新空口针对波形、调制解码、天线技术等进行相应优化，主要覆盖在热点地区，承载大带宽数据流量。
ii. 5G无线关键技术
大规模天线阵列在现有多天线基础上通过增加天线数可支持数十个独立的空间数据流，数倍提升多用户系统的频谱效率，对满足 5G 系统容量与速率需求起到重要支撑作用；超密集组网通过增加基站部署密度，可在局部热点区域实现百倍量级的容量提升；新型多址技术可实现免调度传输，将显著降低信令开销，缩短接入时延，节省终端功耗；全频谱接入通过有效利用各类移动通信频谱(包含高低频段、授权与非授权频谱、对称与非对称频谱、连续与非连续频谱等)资源来提升数据传输速率和系统容量；终端直通技术帮助智能终端设备之间通过短距离技术实现直接通信，多用于协作通信、数据共享网络、应用于物联网终端的低成本 D2D 等等。
参考观研天下发布《2018-2023年中国第五代通信技术（5G）行业市场发展动向调查与投资方向评估分析报告》
图：5G新空口技术图解
未来的 5G 网络将是基于 SDN、NFV 和云计算技术的更加灵活、智能、高效和开放的网络系统。5G 网络架构包括接入云、控制云和转发云三个域。接入云支持多种无线制式的接入，融合集中式和分布式两种无线接入网架构，适应各种类型的回传链路，实现更灵活的组网部署和更高效的无线资源管理。
图：4G、5G 网络构架变化图
二、面向物联网的两大典型应用场景
i. 海量机器通信应用场景
海量机器通信应用场景主要面向智慧城市、智能仪表（水表、燃气表等）、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，具有低数据流量、低功耗、海量连接等特点。这类终端分布范围广、数量众多，不仅要求网络具备超千亿连接的支持能力，满足 100 万/km2 连接数密度指标要求，而且还要保证终端的超低功耗和超低成本。
为了满足海量连接、超低功耗和超低成本等业务需求，5G 通过多项关键技术对海量机器通信场景进行支持。新型多址技术（SCMA、MUSA、PDMA 等）通过多用户信息的叠加传输可成倍提升系统的设备连接能力，还可通过免调度传输有效降低信令开销和终端功耗；基于高效滤波的新波形技术（如 F-OFDM、FBMC 等）在灵活使用碎片频谱、支持窄带和小数据包、降低功耗与成本方面具有显著优势；此外，终端直接通信(D2D)可避免基站与终端间的长距离传输，可实现功耗的有效降低。
ii. 高可靠低时延通信应用场景
高可靠低时延通信应用场景主要面向车联网、工业控制、远程医疗等垂直行业的特殊应用需求，这类应用对时延和可靠性具有极高的指标要求，需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。
为了满足低时延和接近 100%的业务可靠性等业务需求，5G 通过多项关键技术对高可靠低时延通信场景进行支持。5G 新空口技术通过采用更短的帧长，有效地降低空口传输时延、网络转发时延及重传概率，以满足极高的时延和可靠性要求。在多址技术方面，通过 SCMA、PDMA、MUSA 等技术实现免调度传输，避免资源分配流程，实现上行数据包调度的“零”等待时间。终端直通技术通过建立终端与终端之间的直接连接，在车联网等应用场景里可有效降低时延，提升可靠性。此外，还可以利用增强协作多点（CoMP）和动态 MESH 等技术，加强基站间和终端间的协作互助，进一步提升数据传输的可靠性。在网络架构方面，控制云通过优化数据传输路径，控制业务数据靠近转发云和接入云边缘，可有效降低网络传输时延。采用移动边缘计算技术，将业务平台下沉至网络边缘，为移动用户就近提供业务计算和数据缓存能力，不仅可以大大降低物联网设备网络时延，而且可以提升整个网络系统的本地自主存活能力，增强了整个系统的可靠性。
三、5G物联网场景相关技术标准路线图
5G 三大典型应用场景中，增强移动宽带场景由于需求较为急切，所以标准制定工作略微领先高可靠低时延通信和海量机器连接两个物联网应用场景。5G 的标准制定由 3GPP 国际标准组织制定，ITU 负责审核通过。5G 的标准制定分为两个阶段，第一阶段是 Release 15，这一阶段将定义增强移动宽带场景的技术规范和部分高可靠低时延场景的技术规范；第二阶段是 Release 16，这一阶段将定义另一部分高可靠低时延场景和海量机器连接场景的技术规范。也就是说，整个 5G 两大物联网应用场景标准制定工作将在 2019 年底完成。鉴于物联网产业链发展迅速，各大运营商、设备商、芯片商、模组商都紧盯物联网市场这块大蛋糕，所以预计 5G 物联网设备将于标准冻结后的半年至一年时间开始出货，部署将会比预想的更加迅速。
图：3GPP物联网应用场景相关技术标准将于2018、2019年陆续冻结
资料来源：观研天下整理，转载请注明出处（ZQ）
更多好文每日分享，欢迎关注公众号
【版权提示】观研报告网倡导尊重与保护知识产权。未经许可，任何人不得复制、转载、或以其他方式使用本网站的内容。如发现本站文章存在版权问题，烦请提供版权疑问、身份证明、版权证明、联系方式等发邮件至kf@chinabaogao.com，我们将及时沟通与处理。
