5G“技术选美”：中兴高通贝尔实验室博弈与妥协

  　　5G标准到2018年将形成第一个版本，为了满足未来5G“信息随心至万物触手及”的发展目标，当前信息通信行业对5G技术研发体现了极大的热情，通信设备企业也针对5G关键技术加大创新力度，出现了一些革命性的技术，并很可能就是未来的移动通信网络基础。推动统一的5G标准基本成为业界共识，在这场全球“技术选美”中，创新与融合、博弈与妥协将贯穿始终。

　　中兴通讯打造标签技术

　　日前，由IMT-2020(5G)推进组联合欧盟5G PPP、韩国5G论坛、日本5GMF和美国5G Americas共同主办的第一届全球5G大会在北京举行。中兴通讯首席科学家向际鹰博士在会上发表了“Commit to Global 5G Ecosystem”的演讲，首次提出了新型多址和波形技术，包括MUSA(多用户共享接入)、FB-OFDM(子载波滤波OFDM)、UAI(统一空口)、Massive MIMO等技术，并呼吁与行业共同推动5G健康发展。

　　以革命性技术打造中兴标签

　　中兴将这次提出的多址技术MUSA、新波形技术FB-OFDM，包括以前提出的LDPC编码技术看作是中兴的标签技术。

　　多址和波形技术是无线通信制式的基石，技术门槛高。向际鹰在接受《中国电子报》记者采访时表示，中兴提出的多址技术MUSA相对于4G是革命性的，是在非正交的网络里采用简单的复数多元短码来实现，去掉了接入过程，在对网络带来非常大好处的同时也有巨大的复杂性，巨大的好处体现在：在现在的基础上用户量可以增加3到6倍，这将大幅提升物联网的连接用户数和效率。FB-OFDM则通过简单的Poly-phase滤波器，实现了逐个子载波级别的滤波，提升带外抑制能力20dB以上。

　　“我们同时大大简化了计算的复杂性。”向际鹰表示，“我们公司三个提案最大特点就是简化复杂性，比如我们提出的子载波滤波技术，有1200个子载波，如果不做简化，这个运算量是一个子载波的1200倍。现在我们通过一个加窗技术，使1200个运算变成一步运算，使我们用很小的代价达到了最好的性能。”

　　“按照一般规律复杂度考虑都在标准实现后期，但往往等到发现运算特别复杂的时候，已经没有办法再改了，诸如高功耗这样的问题就会产生，我们也碰到过那种性能好但很复杂的理论，这些理论常常只能做一个原型机，在产业化时碰到很多困难。”向际鹰说，“我们之所以从一开始就考虑到复杂性问题，是公司的体系结构决定的，中兴5G的标准、产品和运营是一条线，因此在提出标准的同时我们就在考虑怎么在产品上实现，所以基于这个特点，我们公司的5G提案在3GPP中也是比较受重视的。”

　　据介绍，中兴通讯经过长期的技术积累，已成为业界少数具备5G完整提案能力的厂家。在全球最重要的5G标准化组织3GPP中，中兴通讯提交了Novel Numerology、Self contained Frame Structure、FB-OFDM waveform、LDPC coding、MUSA、NG Core Proposal等核心技术领域的数百篇提案。除了上面提到的MUSA、FB-OFDM技术外，在大规模天线阵列Massive MIMO上，中兴通讯率先基于4G终端实现，目前已商用部署，走在了业界前列。

　　呼吁共同推动5G良性发展

　　在5G标准的讨论制定中，中兴通讯是一个积极的参与者，据介绍目前中兴已加入40多个标准化组织、联盟和论坛，是ITU、3GPP、IEEE、NGMN、日本5GMF等国际标准组织/行业联盟的成员。作为IMT-2020(5G)推进组核心成员，中兴牵头负责超过30%课题的研究：担任了IMT-2020 IEEE组组长、网络技术组副组长，以及传输技术组三个核心课题的研究组长。

　　在5G领域，中兴通讯与国际国内众多客户就应用需求、场景研究、新业务应用、网络架构创新等方面有深度合作，并已与中国移动、德电T-Mobile、日本软银、韩国KT、马来西亚U Mobile等多个运营商签订5G战略合作协议。2016年5月，中兴通讯全面参与了IMT-2020(5G)推进组的大规模5G系统试验，当月即首批完成第一阶段单点技术验证，其中Massive MIMO大规模天线技术，达到4倍以上的吞吐率。此外，中兴通讯是首家完成高频测试的厂家，达到10G以上吞吐量。

　　作为IMT-2020(5G)推进组的核心成员，中兴呼吁产业界共同推动5G良性发展，避免5G标准的碎片化。向际鹰说：“5G发展很热，有些国家和地区就想抢先、想快一些，而且不同运营商或者不同国家对5G的用途理解也不一样，最后就会导致标准分崩离析，这对整个产业的发展不利，所以希望大家能够集中在某一个标准组织中一起去形成一个标准。” 为了避免标准的碎片化，向际鹰认为，要在5G标准制定的早期把5G的应用需求确定下来，对物联网的连接数、网络时延等指标进一步确定。

　　高通全面技术布局

　　作为最大的终端芯片供应商，高通赞成并支持形成全球统一的5G标准，尽管这需要业界付出很大的人力、财力和物力的投入。高通科技研发高级副总裁Edward Tiedemann博士在接受《中国电子报》记者采访时表示，现在对于3GPP组织而言，最重要的工作就是如何从各种提案中选出最能适应于5G时代全球部署的核心技术。

　　多技术领域布局

　　Edward说，很多人认为Qualcomm是一家在蜂窝通信和空口技术领域十分领先的公司，但实际上不止如此;Qualcomm在整个无线技术领域都有十分深厚的技术积累，比如在WiFi技术标准802.11ax和蓝牙技术上都是提供商等;在LTE方面，LAA(LTE辅助授权接入)技术、非授权频谱LTE技术、MultiFire技术、终端到终端的通信以及LTE广播等各种创新技术和新型服务，都在不断地进行开发;在5G上，如大规模MIMO和毫米波技术等都在研究，高通是行业首家在60GHz频段上商用802.11ad标准的厂商，这个短程WiFi标准被看作是5G商用之前的一个关键技术。

　　在5G时代，很多新的用例都是跟物联网直接相关的。Edward说，其实，Qualcomm在物联网领域已经深耕多年。比如在汽车领域，高通在全球范围内为汽车厂商提供通信模块，包括广域网的连接、WiFi以及蓝牙等。在欧洲和俄罗斯，高通和合作伙伴一起建立了和车联网相关的eCall汽车紧急救援呼叫系统。此外，还建立了多家公司推动移动健康和移动医疗领域的发展。在智慧城市领域，高通有智能电表和智能电网的解决方案。Edward认为，Qualcomm在物联网的各个垂直行业和领域都是有很多年的布局的。未来高通将在汽车、医疗等领域做更加深入的发展。

　　支持建立统一的5G标准

　　在今年的全球5G大会上，工信部部长苗圩呼吁推动形成全球统一的5G标准。Edward说，高通十分赞同并支持建立统一的5G标准，从1G、2G到3G，我们终于在4G时期拥有了全球统一的LTE标准，相信在5G时代，这种全球统一的连接标准将继续下去，这一点对于实现物联网的愿景是至关重要的，如此才能带来全球规模化效益。他认为，如果未来有一个公司为全球的物联网市场提供产品，而这个产品的使用寿命需要比较长。这不像手机这类更换频率比较高的产品，例如用在汽车或者是应用在城市基础设施包括电表、水表上的的模块或元器件，就需要比较长的使用寿命，那么如何保持标准的可持续性就会变得十分重要。

　　然而要实现全球统一的标准，其实是需要整个业界投入很大的资源、人力、物力才能够实现的。Edward说，5G的本质还是一种通信技术，它关系到不同物体之间数据的传输。在这一方面，还有更多的新技术等待大家一起去探究，比如如何实现低延时、实现大规模MIMO、毫米波技术等。Qualcomm也向3GPP提交了很多提案，建议3GPP如何设计5G时代的空口技术。同时，在内部也会做很多的技术开发和测试。现在对于3GPP组织而言，最重要的工作就是如何从各种提案中选出最能适应于5G时代全球部署的核心技术。

　　贝尔实验室突破毫米波技术

　　在第一届全球5G大会召开前夕，贝尔实验室中国宣布其在高速无线传输及毫米波频谱使用方面实现突破，他们通过在毫米波波段上使用大规模MIMO技术(多输入多输出技术)，实现了显著的容量改善及相关效率的提升。在全球5G大会上，诺基亚通信中国和上海贝尔联合管理团队执行副总裁、技术与创新负责人桂洛宁在接受《中国电子报》记者采访时认为，未来5G有六项关键技术，而贝尔实验室将在这些关键技术上开展创新性研究，从而为用户创造巨大的价值。

　　在关键技术上加强创新

　　据介绍，通过峰值传输速率超过50Gbps的原型机，贝尔实验室中国在28GHz毫米波频段上成功实现了高达100bps/Hz的频谱效率，其传输速率可以让用户在8秒内完成多部高清电影的下载。这一技术成果为5G网络运营商实现触觉互联网、超低时延高清虚拟现实(HD-VR)等未来应用的业务创新提供了基础。

　　据桂洛宁介绍，在这项毫米波解决方案中，诺基亚贝尔实验室中国采用了创新的低时延空中接口，确保在毫米波频带能够实现高效无线传输，提升终端用户体验;通过大规模MIMO和波束追踪在内的创新物理层技术，保证了超大的系统容量及频谱效率。超高速率传输以及毫米波频谱的高效能，可以让运营商的高速移动业务具有更好的用户体验，同时通过在无线回传等领域的应用，实现5G网络部署的更大灵活性。

　　除了毫米波技术，桂洛宁表示，在5G其他关键技术上贝尔实验室也在加强创新。如目前业界最关心的新空口技术，为了实现对未来万物互联需求的兼容，5G空口的帧结构、波形都要表现出极大的灵活性，并要在此基础上实现网络的自动化、智能化和可编程化。桂洛宁告诉记者，目前贝尔实验室正在研究新的灵活的帧结构，无论场景是大带宽、超密联接、低时延还是低耗功，都有可以相适应的灵活的帧结构。在新波形上，贝尔实验室已经用软件定义的方式实现从3.75KHz到120KHz根据业务和用户类型定义空口的最小接入单元。

　　他认为，在网络延迟上，新的空口能够支持从0.125毫秒到4毫秒;在网络宽带上，能够从20M上升到1G。新的网络架构、新空口、大规模天线阵列等技术，LTE+5G低频以及WiFi技术形成多种接入，根据软件来调整不同业务类型的接入。

　　物联网是发展中新兴未知领域

　　贝尔实验室咨询部门的模型显示，到2020年，WiFi可以满足全球预计67%的消费需求，还有14%的需求则会随着当前3G、LTE、小型基站的普及和5G等新技术的出现而得到满足，剩下19%的需求则无法得到满足。因此，网络运营商需要加速发展NFV、SDN等5G和云技术，并采用新的商业模式，以解决需求缺口问题。

　　桂洛宁认为，物联网(IoT)是网络发展中的新兴未知领域。到2020年，物联网连接设备的数量预计将由2014年的16亿个增长至2020年的200亿到460亿个之间。其中，蜂窝物联网设备将在2020年达到16亿到46亿个之间。尽管物联网设备的应用规模很大，但视频传感器和摄像机设备在其中并没有太高比例，因此2020年物联网产生的蜂窝流量在移动数据流量总量中的占比仅为2%。

不过，从近期得到的数据来看，物联网流量中所产生的信令流量将大大高于数据流量。例如，一台典型的物联网设备消耗1MB流量需要进行2500次数据处理或连接，而同样的流量经由一次移动视频连接即能够被消耗殆尽。[责任编辑:吴劲珉]

责编：杨佳铭