IMT-2020(5G)推进组-5G愿景与需求白皮书_V1.0
IMT-2020(5G)PG-WHITE PAPER ON 5G VISION AND REQUIREMENTS_V1.0
Contents
Overall Vision for 5G
P1
Drivers & Market Trends
P3
Services, Scenarios & Performance Challenges P7
3
IMT-2020 (5G) Promotion Group 5G Vision and Requirements as mobile health, Internet of Vehicles (IoV), smart home, industrial control, and environmental monitoring will drive the explosive growth of IoT applications, facilitating hundreds of billions of devices to connect to a network creating a true “Internet of Everything”. This will give rise to emerging industries of unprecedented scale and instill infinite vitality to mobile communications. Meanwhile, the massive amount of interconnected devices and the diversified IoT services will also pose new challenges to mobile commMT-2020 (5G) Promotion Group 5G Vision and Requirements
IMT-2020(5G)推进组-5G概念白皮书
引言5G技术场景5G关键技术5G概念5G技术路线总结与展望主要贡献单位P1P2P4P8P10P12P14IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。
推进组是聚合中国产学研用力量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。
移动通信自20世纪80年代诞生以来，经过三十多年的爆发式增长，已成为连接人类社会的基础信息网络。
移动通信的发展不仅深刻改变了人们的生活方式，而且已成为推动国民经济发展、提升社会信息化水平的重要引擎。
随着4G进入规模商用阶段，面向2020年及未来的第五代移动通信（5G）已成为全球研发热点。
在全球业界的共同努力下，5G愿景与关键能力需求已基本明确，预计2016年将启动国际标准制定工作。
为使5G技术研发和标准化形成合力，需尽快明确5G概念、技术路线与核心技术，这将对凝聚全球业界力量，推动5G发展具有极其重要的意义。
本白皮书从5G愿景与需求出发，分析归纳了5G主要技术场景、关键挑战和适用关键技术，提取了关键能力与核心技术特征并形成5G概念，在此基础上，结合标准与产业趋势，提出了5G 适合的技术路线。
引言1IMT-2020(5G)推进组5G概念白皮书面向2020年及未来，移动互联网和物联网业务将成为移动通信发展的主要驱动力。
5G将满足人们在居住、工作、休闲和交通等各种区域的多样化业务需求，即便在密集住宅区、办公室、体育场、露天集会、地铁、快速路、高铁和广域覆盖等具有超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性特征的场景，也可以为用户提供超高清视频、虚拟现实、增强现实、云桌面、在线游戏等极致业务体验。
与此同时，5G还将渗透到物联网及各种行业领域，与工业设施、医疗仪器、交通工具等深度融合，有效满足工业、医疗、交通等垂直行业的多样化业务需求，实现真正的“万物互联”。
《5G网络架构设计》白皮书
对于移动网络运营商而言，5G网络有助于进一 步开源节流。开源方面，5G网络突破当前封闭固化 的网络服务框架，全面开放基础设施、组网转发和 控制逻辑等网络能力，构建综合化信息服务使能平 台，为运营商引入新的服务增长点。节流方面，按 需提供的网络功能和基础设施资源有助于更好的节 能增效，降低单位流量的建设与运营成本。
第二，为了支持移动互联网和物联网场 景设备高效接入的要求，5G系统需同时满足 Tbps/ k m2的流量密度和百万/ k m2连接密度要 求，而现有网络流量中心汇聚和单一控制机制
在高吞吐量和大连接场景下容易导致流量过载 和 信令拥塞。
第三，为了支持自动驾驶和工业控制等高 度实时性要求的业务，5G系统需要在高可靠性 前提下，满足端到端毫秒级的极低时延要求。现 网中，端到端时延和业务中断时间都在百毫秒量 级，与5G时延要求存在两个数量级的差距，也难 以满足特定业务的可靠性和安全性要求。
面对5G极致的体验、效率和性能要求，以及 “万物互联”的愿景，网络面临全新的挑战与机 遇。5G网络将遵循网络业务融合和按需服务提供 的核心理念，引入更丰富的无线接入网拓扑，提 供更灵活的无线控制、业务感知和协议栈定制能 力；重构网络控制和转发机制，改变单一管道和 固化的服务模式；利用友好开放的信息基础设施
1. 5G系统设计：逻辑视图与功能视图
如图3所示, 5 G网络逻辑视图由3个功能平面 构成：接入平面，控制平面和转发平面。
《G网络架构设计》白皮书
IMT-2020(5G)推进组5G网络架构设计白皮书目录引言P15G网络：挑战与机遇P25G网络架构设计P45G网络代表性服务能力P85G网络标准化建议P15总结和展望P17主要贡献单位P18IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。
推进组是聚合中国产学研用力量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。
IMT-2020(5G)推进组5G网络架构设计白皮书2IMT-2020(5G)推进组5G网络架构设计白皮书随着5G研究的全面展开并逐步深入，业界就环境，为不同用户和垂直行业提供高度可定制化5G场景形成基本共识：面向增强的移动互联网应的网络服务，构建资源全共享、功能易编排、业用场景，5G提供更高体验速率和更大带宽的接入务紧耦合的综合信息化服务使能平台。
能力，支持解析度更高、体验更鲜活的多媒体内5G国际标准化工作现已全面展开，需要尽容；面向物联网设备互联场景，5G提供更高连接快细化5G网络架构设计方案并聚焦关键技术方密度时优化的信令控制能力，支持大规模、低成向，以指导后续产业发展。
本白皮书从逻辑功能本、低能耗IoT设备的高效接入和管理；面向车和平台部署的角度，以四维功能视图的方式呈现联网、应急通信、工业互联网等垂直行业应用场了新型5G网络架构设计，并提炼了网络切片、移景，5G提供低时延和高可靠的信息交互能力，支动边缘计算、按需重构的移动网络、以用户为中持互联实体间高度实时、高度精密和高度安全的心的无线接入网和能力开放等5G网络代表性服务业务协作。
能力。
白皮书最后提出了5G网络架构和技术标准面对5G极致的体验、效率和性能要求，以及化工作的推进建议。
“万物互联”的愿景，网络面临全新的挑战与机遇。
5G网络将遵循网络业务融合和按需服务提供的核心理念，引入更丰富的无线接入网拓扑，提供更灵活的无线控制、业务感知和协议栈定制能力；重构网络控制和转发机制，改变单一管道和固化的服务模式；利用友好开放的信息基础设施1IMT-2020(5G)推进组5G网络架构设计白皮书1.极致性能指标带来全面挑战首先，为了满足移动互联网用户极致的视频在高吞吐量和大连接场景下容易导致流量过载和及增强现实等业务体验需要，5G系统提出了随时信令拥塞。
5G愿景与需求白皮书
5G总体愿景
1
IMT-2020 (5G)推进组 5G愿景与需求 户提供光纤般的接入速率，“零”时延的使用体验，千亿设备的 连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场 景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，同时将为网络带来 超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，最终实现“信息随 心至，万物触手及”的总体愿景。
可持续发展及效率需求
可持续发展
目前的移动通信网络在应对移动互联网和物联网爆发式发展 时，可能会面临以下问题：能耗、每比特综合成本、部署和维护 的复杂度难以高效应对未来千倍业务流量增长和海量设备连接； 多制式网络共存造成了复杂度的增长和用户体验下降；现网在精 确监控网络资源和有效感知业务特性方面的能力不足，无法智能 地满足未来用户和业务需求多样化的趋势；此外，无线频谱从低 频到高频跨度很大，且分布碎片化，干扰复杂。应对这些问题， 需要从如下两方面提升5G系统能力，以实现可持续发展。
IMT-2020 (5G)推进组 5G愿景与需求
5G总体愿景
移动通信已经深刻地改变了人们的生活，但人们对更高性能 移动通信的追求从未停止。为了应对未来爆炸性的移动数据流量 增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场景，第 五代移动通信（5G）系统将应运而生。
5G将渗透到未来社会的各个领域，以用户为中心构建全方位 的信息生态系统。5G将使信息突破时空限制，提供极佳的交互体 验，为用户带来身临其境的信息盛宴；5G将拉近万物的距离，通 过无缝融合的方式，便捷地实现人与万物的智能互联。5G将为用
IMT-2020(5G)推进组C-V2X白皮书
C-V2X概述国际C-V2X发展现状我国C-V2X发展基础与现状我国C-V2X产业发展倡议贡献单位P2 P9 P15 P28 P30目录IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。
推进组是聚合中国产学研用力量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。
13GPP第三代合作伙伴项目(the 3rd Generation Partnership Project )5GAA5G 汽车协会(5G Automotive Association )CA证书授权(Certificate Authority )C-ITS合作智能交通系统(Cooperative-Intelligent Transportation System )GNSS全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System )缩略语ITS 智能交通系统(Intelligent Transport System )LTE 长期演进(Long Term Evolution )MEC 多接入边缘计算(Multi-access Edge Computing )OBU 车载单元(On Board Unit )RSU 路侧单元(Road Side Unit )2IMT-2020(5G)推进组C -V 2X 白皮书1. C-V2X 内涵车用无线通信技术（V e h i c l e t oEverything, V2X）是将车辆与一切事物相连接的新一代信息通信技术，其中V代表车辆，X代表任何与车交互信息的对象，当前X主要包含车、人、交通路侧基础设施和网络。
V2X C-V2X 概述交互的信息模式包括：车与车之间（Vehicle to Vehicle,V2V）、车与路之间（Vehicle to Infrastructure,V2I）、车与人之间（Vehicle to Pedestrian, V2P）、车与网络之间（Vehicle toNetwork, V2N）的交互，如图1.1所示。
【易项优选】 — 5G承载需求白皮书
之间流量）和回传（承载CU和核心网之间流量）。 （NGMN）带宽评估原则得出的单基站带宽需求
城域传送网按结构可划分为接入层、汇聚层和核心层 见表3-1。从评估结果中可以看出，典型5G低频单
三层。本报告分别对单基站承载带宽需求，回传带宽 基站的峰值带宽达到5Gbps量级，高频单基站的峰
需求，以及前传及中传带宽需求进行了分析和评估。 值带宽达到15Gbps量级，考虑低频和高频基站共
级结构，支持5G新空口的gNB可采用集中单 元（CU）、分布单元（DU）和有源天线单元 （AAU）三级结构。原BBU的非实时部分将分 割出来，重新定义为CU，负责处理非实时协议 和服务，主要包含分组数据汇聚协议（PDCP） 和无线资源控制（RRC）；BBU的部分物理层
达到类似量级，接入速率增长数十倍，对承载网 处理功能和原RRU合并为AAU，主要包含底层
2. 无线接入网分割形成多种架构
相对于4G无线接入网（RAN）的基带处
主要特性将在3GPP R16版本进行标准化。5G无 理单元（BBU）、射频拉远单元（RRU）两
线和承载网络在三大业务场景应用时所面临的挑
报告 战各不相同。 研 （1）eMBB主要面向超高清视频、虚拟现实
行 （VR）/增强现实（AR）、高速移动上网等大 优选 流量移动宽带应用，是5G对4G移动宽带场景的 易项 增强，单用户接入带宽可与目前的固网宽带接入
垂直行业的特殊应用，要求5G无线和承载具备超 当CU、DU分设时，相应承载将演进为前传、中
2
IMT-2020(5G)推进组 5G承载需求白皮书
传和回传三级结构，如图2-1所示。 从近期调研情况来看，在5G现网试点和商
用初期，RAN网络部署将以宏站为主；随着5G 规模商用，将呈现宏站和室分基站分场景部署
5G愿景与需求白皮书
5G总体愿景驱动力和市场趋势业务、场景和性能挑战可持续发展及效率需求5G关键能力总结及展望主要贡献单位P1 P3 P6 P10 P12 P13 P14目录IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。
推进组是聚合中国产学研用力量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。
移动通信已经深刻地改变了人们的生活，但人们对更高性能移动通信的追求从未停止。
为了应对未来爆炸性的移动数据流量增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场景，第五代移动通信（5G）系统将应运而生。
5G将渗透到未来社会的各个领域，以用户为中心构建全方位的信息生态系统。
5G将使信息突破时空限制，提供极佳的交互体验，为用户带来身临其境的信息盛宴；5G将拉近万物的距离，通过无缝融合的方式，便捷地实现人与万物的智能互联。
5G将为用5G 总体愿景15G总体愿景IMT-2020 (5G)推进组5G 愿景与需求2户提供光纤般的接入速率，“零”时延的使用体验，千亿设备的连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，同时将为网络带来超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，最终实现“信息随心至，万物触手及”的总体愿景。
移动互联网和物联网是未来移动通信发展的两大主要驱动力，将为5G提供广阔的前景。
移动互联网颠覆了传统移动通信业务模式，为用户提供前所未有的使用体验，深刻影响着人们工作生活的方方面面。
面向2020年及未来，移动互联网将推动人类社会信息交互方式的进一步升级，为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清(3D)视频、移动云等更加身临其境的极致业务体验。
移动互联网的进一步发展将带来未来移动流量超千倍增长，推动移动通信技术和产业的新一轮变革。
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IMT-2020 (5G)推进组 5G愿景与需求
指标主要包括用户体验速率、连接数密度、端到端时延、流量 密度、移动性和用户峰值速率。
名称 用户体验速率（bps） 连接数密度（/Km2） 端到端时延（ms） 移动性（Km/h） 流量密度（bps/Km2） 用户峰值速率（bps）
5G性能指标 定义
真实网络环境下用户可获得的最低传输速率 单位面积上支持的在线设备总和 数据包从源节点开始传输到被目的节点正确接收的时间 满足一定性能要求时，收发双方间的最大相对移动速度 单位面积区域内的总流量 单用户可获得的最高传输速率
物联网主要面向物与物、人与物的通信，不仅涉及普通个 人用户，也涵盖了大量不同类型的行业用户。物联网业务类型 非常丰富多样，业务特征也差异巨大。对于智能家居、智能电 网、环境监测、智能农业和智能抄表等业务，需要网络支持海 量设备连接和大量小数据包频发；视频监控和移动医疗等业务 对传输速率提出了很高的要求；车联网和工业控制等业务则要 求毫秒级的时延和接近100%的可靠性。另外，大量物联网设
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IMT-2020 (5G)推进组 5G愿景与需求
备会部署在山区、森林、水域等偏远地区以及室内角落、地下 室、隧道等信号难以到达的区域，因此要求移动通信网络的覆 盖能力进一步增强。为了渗透到更多的物联网业务中，5G应具 备更强的灵活性和可扩展性，以适应海量的设备连接和多样化 的用户需求。
无论是对于移动互联网还是物联网，用户在不断追求高质量 业务体验的同时也在期望成本的下降。同时，5G需要提供更高和 更多层次的安全机制，不仅能够满足互联网金融、安防监控、安 全驾驶、移动医疗等的极高安全要求，也能够为大量低成本物联 网业务提供安全解决方案。此外，5G应能够支持更低功耗，以 实现更加绿色环保的移动通信网络，并大幅提升终端电池续航时 间，尤其对于一些物联网设备。
在网络建设和部署方面，5G需要提供更高网络容量和更好 覆盖，同时降低网络部署、尤其是超密集网络部署的复杂度和成 本；5G需要具备灵活可扩展的网络架构以适应用户和业务的多 样化需求；5G需要灵活高效地利用各类频谱，包括对称和非对称 频段、重用频谱和新频谱、低频段和高频段、授权和非授权频段 等；另外，5G需要具备更强的设备连接能力来应对海量物联网设 备的接入。
在运营维护方面，5G需要改善网络能效和比特运维成本，以 应对未来数据迅猛增长和各类业务应用的多样化需求；5G需要降 低多制式共存、网络升级以及新功能引入等带来的复杂度，以提 升用户体验；5G需要支持网络对用户行为和业务内容的智能感知 并作出智能优化；同时，5G需要能提供多样化的网络安全解决方 案，以满足各类移动互联网和物联网设备及业务的需求。
IMT-2020(5G)推进组愿与全球5G相关组织、企业、高校和 科研机构一道，共同推动5G走向成功。
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IMT-2020 (5G)推进组 5G愿景与需求
主要贡献单位
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办公室
数十Tbps/km2的流量密度
密集住宅
Gbps用户体验速率
体育场
6人/m2的超高用户密度
快速路
毫秒级端到端时延
高铁
500km/h以上的高速移动
广域覆盖
100Mbps用户体验速率
IMT-2020 (5G)推进组 5G愿景与需求
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IMT-2020 (5G)推进组 5G愿景与需求
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IMT-2020 (5G)推进组 5G愿景与需求
驱动力和市场趋势
5G的主要驱动力
移动互联网和物联网是未来移动通信发展的两大主要驱动 力，将为5G提供广阔的前景。
移动互联网颠覆了传统移动通信业务模式，为用户提供前 所未有的使用体验，深刻影响着人们工作生活的方方面面。面向 2020年及未来，移动互联网将推动人类社会信息交互方式的进一 步升级，为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清(3D)视频、移 动云等更加身临其境的极致业务体验。移动互联网的进一步发展 将带来未来移动流量超千倍增长，推动移动通信技术和产业的新 一轮变革。
IMT-2020 (5G)推进组 5G愿景与需求
5G总体愿景
移动通信已经深刻地改变了人们的生活，但人们对更高性能 移动通信的追求从未停止。为了应对未来爆炸性的移动数据流量 增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场景，第 五代移动通信（5G）系统将应运而生。
5G将渗透到未来社会的各个领域，以用户为中心构建全方位 的信息生态系统。5G将使信息突破时空限制，提供极佳的交互体 验，为用户带来身临其境的信息盛宴；5G将拉近万物的距离，通 过无缝融合的方式，便捷地实现人与万物的智能互联。5G将为用
5G关键能力
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IMT-2020 (5G)推进组 5G愿景与需求
总结及展望
5G将以可持续发展的方式，满足未来超千倍的移动数据增 长需求，将为用户提供光纤般的接入速率，“零”时延的使用体 验，千亿设备的连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超 高移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，同 时将为网络带来超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，并 最终实现“信息随心至，万物触手及”的5G愿景。
名称
定义
频谱效率（bps/Hz/cell或bps/Hz/Km2） 每小区或单位面积内，单位频谱资源提供的吞吐量
能源效率（bit/J）
每焦耳能量所能传输的比特数
成本效率（bit/Y）
每单位成本所能传输的比特数
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IMT-2020 (5G)推进组 5G愿景与需求
5G关键能力
5G需要具备比4G更高的性能，支持0.1～1Gbps的用户体验 速率，每平方公里一百万的连接数密度，毫秒级的端到端时延， 每平方公里数十Tbps的流量密度，每小时500Km以上的移动性和 数十Gbps的峰值速率。其中，用户体验速率、连接数密度和时延 为5G最基本的三个性能指标。同时，5G还需要大幅提高网络部
2010-2030年全球和中国移动数据流量增长趋势（单位：倍） 未来全球移动通信网络连接的设备总量将达到千亿规模。预 计到2020年，全球移动终端（不含物联网设备）数量将超过100 亿，其中中国将超过20亿。全球物联网设备连接数也将快速增长， 2020年将接近全球人口规模达到70亿，其中中国将接近15亿。到
5G总体愿景
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IMT-2020 (5G)推进组 5G愿景与需求 户提供光纤般的接入速率，“零”时延的使用体验，千亿设备的 连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场 景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，同时将为网络带来 超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，最终实现“信息随 心至，万物触手及”的总体愿景。
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IMT-2020 (5G)推进组 5G愿景与需求
2030年，全球物联网设备连接数将接近1千亿，其中中国超过 200亿。在各类终端中，智能手机对流量贡献最大，物联网终端 数量虽大但流量占比较低。
移动终端连接数(亿部)
物联网连接数(亿个) 全球
中国
2010-2030年全球和中国移动终端及物联网连接数增长趋势
署办和公运室营的效率，相比4G，频谱效率提升5～15倍，能效和成本
效率提升百倍以上。 性能需求和效率需求共同定义了5G的关键能力，犹如一株
绽放的鲜花。红花绿叶，相辅相成，花瓣代表了5G的六大性能指 标，体现了5G满足未来多样化业务与场景需求的能力，其中花瓣 顶点代表了相应指标的最大值；绿叶代表了三个效率指标，是实 现5G可持续发展的基本保障。
IMT-2020 (5G)推进组 5G愿景与需求
目录
5G总体愿景
P1
驱动力和市场趋势
P3
业务、场景和性能挑战
P6
可持续发展及效率需求
P10
5G关键能力
P12
总结及展望
P13
主要贡献单位
P14
IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架 构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。推进组是聚合中国产学研用力 量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。
可持续发展及效率需求
可持续发展
目前的移动通信网络在应对移动互联网和物联网爆发式发展 时，可能会面临以下问题：能耗、每比特综合成本、部署和维护 的复杂度难以高效应对未来千倍业务流量增长和海量设备连接； 多制式网络共存造成了复杂度的增长和用户体验下降；现网在精 确监控网络资源和有效感知业务特性方面的能力不足，无法智能 地满足未来用户和业务需求多样化的趋势；此外，无线频谱从低 频到高频跨度很大，且分布碎片化，干扰复杂。应对这些问题， 需要从如下两方面提升5G系统能力，以实现可持续发展。
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IMT-2020 (5G)推进组 5G愿景与需求
市场趋势
面向2020年及未来，移动数据流量将出现爆炸式增长。预 计2010年到2020年全球移动数据流量增长将超过200倍，2010年 到2030年将增长近2万倍；中国的移动数据流量增速高于全球平 均水平，预计2010年到2020年将增长300倍以上，2010年到2030 年将增长超4万倍。发达城市及热点地区的移动数据流量增速更 快，2010年到2020年上海的增长率可达600倍，北京热点区域的 增长率可达1000倍。
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IMT-2020 (5G)推进组 5G愿景与需求
效率需求
频谱利用、能耗和成本是移动通信网络可持续发展的三个关 键因素。为了实现可持续发展，5G系统相比4G系统在频谱效率、 能源效率和成本效率方面需要得到显著提升。具体来说，频谱效 率需提高5～15倍，能源效率和成本效率均要求有百倍以上提升。
5G关键效率指标
应用场景及性能挑战
5G典型场景涉及未来人们居住、工作、休闲和交通等各 种区域，特别是密集住宅区、办公室、体育场、露天集会、地 铁、快速路、高铁和广域覆盖等场景。这些场景具有超高流量 密度、超高连接数密度、超高移动性等特征，可能对5G系统形 成挑战。