《现代通信网络技术丛书 5G NR标准：下一代无线通信技术》—2.3.2　IMT-2020能力集

2.3.2　IMT-2020能力集

       作为IMT愿景建议书[47]所描述的IMT-2020框架的一部分，ITU-R定义了一系列IMT-2020技术所需要的能力。这些能力是为了支持由区域性组织、研究项目、运营商、监管机构等提出的5G使用场景和用例。IMT愿景建议书[47]一共定义了13个能力，其中8个称为关键能力（key capabilities）。两个“蜘蛛网”描绘出这8个关键能力（见图2-6和图2-7）。

      图2-6描述了IMT-2020关键能力及其示意性的目标值，其目的是为更详细的、目前正在制定的IMT-2020需求提供一个初步的宏观指导。可以看到，这些目标值有的是绝对数值，有的是相对于IMT-Advanced能力的相对数值。这些关键能力的目标值不需要同时达到，甚至某些目标在一定程度上还是相互排斥的。图2-7给出了第二个图，分别说明了为实现ITU-R设想的三种使用场景，每个关键能力的“重要性”。

图2-6　IMT-2020关键能力（节选自ITU-R M.2083[47]）

图2-7　ITU-R关键能力和三个使用场景之间的关系（节选自ITU-R M.2083 [47]）

       峰值数据速率（peak data rate）一直是一个备受关注的数字，但实际上它是一个理论话题。ITU-R将峰值数据速率定义为在理想条件下可实现的数据速率的最大值，这意味着产品研发当中的瑕疵或者网络部署对传播的实际影响等并未考虑进去。所以它是一个依赖性的关键性能指标（Key Performance Indicator，KPI），因为它严重依赖于运营商部署时可用的频谱资源。此外，峰值数据速率取决于峰值频谱效率，即归一化带宽的峰值数据速率：

峰值数据速率=系统带宽×峰值频谱效率

       因为在6 GHz以下的IMT频段没有大的可用带宽，真正的高数据速率更容易在更高的频率所在的频段实现。结论是在室内和热点环境中可以实现最高的数据速率，因为在这些地方那些对较高频率不太有利的传播特性没有那么糟糕。

       用户体验数据速率（user experienced data rate）是指对大多数用户而言、在一个大的覆盖区域中可实现的数据速率。它可以定义为95%的用户的数据速率。它不仅依赖于可用频谱，而且依赖于系统是如何部署的。5G对城区和郊区的广域覆盖设定了?100 Mbit/s的目标速率，对室内和热点环境则期望能提供一致的1Gbit/s的数据速率。

       频谱效率（spectrum efficiency）给出了频谱的每赫兹和每个“扇区”的，或者更确切地说每单位无线设备（又称为发射接收点，Transmission Reception Point，TRP）的平均数据吞吐量。它是配置网络的重要参数。实际上4G系统已经实现了很高的水平，5G的目标确定为4G的频谱效率的三倍，但实际能增长多少很大程度上取决于部署场景。

       区域话务容量（area traffic capacity）是另一个依赖性的能力，它不仅依赖于频谱效率和可用带宽，而且还依赖于网络部署的密集程度：

区域话务容量=频谱效率×带宽× TRP密度

       IMT-2020假定了在更高频率处能有更多可用的频谱，以及可以采用非常密集的网络部署。在这一前提下，IMT-2020设定的区域话务容量比4G增加了100倍。

       如前所述，网络能效（network energy efficiency）作为一种能力其重要性与日俱增。ITU-R设定的总体目标是IMT-2020无线接入网的能耗不应大于今天部署的IMT网络，即便它提供增强的能力。这个目标意味着网络能效——即每bit数据消耗的能量——减少因子至少和预期的IMT-2020相对于IMT-Advanced流量增加的因子持平。

       前五个关键能力对于增强的移动宽带使用场景而言是最重要的，尽管移动性和数据速率能力不会同时具有同等重要性。例如，相对于广域覆盖场景，在热点环境中用户体验的数据速率和峰值数据速率会非常高，但移动性较低。

       时延（latency）定义为无线网络对数据包从源地址传送到目的地址所用时长的贡献份额。这对URLLC使用场景而言是一个关键能力。ITU-R认为需要比IMT-Advanced的时延减少十倍。

       移动性（mobility）作为关键功能定义为移动速度，考虑到高铁的场景，它的目标是500公里/小时，仅比IMT-Advanced有适度增长。不过作为一项关键能力，它对于URLLC使用场景中高速车辆的关键通信至为重要，而且它要求同时具有低时延。请注意，所有使用场景都没有要求同时满足高移动性和高用户体验数据速率。

       连接密度（connection density）定义为每单位面积连接的或可接入的终端总数。该目标与具有高密度连接终端数量的mMTC使用场景相关，不过eMBB场景中一个拥挤的办公室里也可以产生高连接密度。

       除了图2-6中给出的八种能力，[47]还定义了另外五种能力：

       频谱和带宽灵活性（spectrum and bandwidth flexibility）

       频谱和带宽灵活性是指系统设计能灵活处理不同的场景，特别是指在不同频段上工作的能力，包括比今天更高的频率和更宽的带宽。

       可靠性（reliability）

       可靠性是指所提供的服务可用性高。

       可恢复性（resilience）

       可恢复性是指在自然或人为破坏期间及之后（例如主电源发生故障）网络继续正常运行的能力。

       安全和隐私（security and privacy）

       安全和隐私包括用户数据和信令的加密和完整性保护、用户隐私等几个方面，它是为了防止未经授权的用户跟踪，保护网络免受黑客、欺诈、拒绝服务和中间人攻击等行为。

       运行寿命（operational lifetime）

       运行寿命是指每单位存储能量的运行时间。这对于需要较长电池寿命（例如超过10年）的机器类型终端尤为重要，因为出于经济的或者实际的原因，对其进行常规维护非常困难。

       需要注意的是，以上这些能力并不一定就不如图2-6中所示的能力重要，尽管后者被称为“关键能力”。它们的主要区别在于“关键能力”更容易量化，而其余五项能力不易量化，偏向于定性的能力。