【慧聰廣電網(wǎng)】3月20日，CCBN2019主題報告會在北京國際會議中心隆重開幕。會議現(xiàn)場，東南大學尤肖虎老師就“5G技術(shù)與演進”給我們作主題演講。以下是演講實錄：
尤肖虎：非常感謝鄒院長，也非常感謝大會的盛情邀請，能有機會在這個地方，就5G我們已經(jīng)做了什么，下面還要做什么，作一個簡單的匯報。
這張圖給出了移動通信這50年發(fā)展大體的全貌，從70年代貝爾實驗室發(fā)明了蜂窩移動通信，移動通信取得了難以逾越的進展。每一個移動技術(shù)的方框是核心的移動通信技術(shù)，第四代核心的是OFDM和MIMO，OFDM是正交頻分復(fù)用，它把非常寬的帶寬分成正交整的子載波。它的優(yōu)點是可以用OFDM快速提升變換，OFDM和DFP有天然的聯(lián)系，可以非常方便DFP的計算。它解決了移動通信寬帶化，它的系統(tǒng)復(fù)雜性，不再受限的問題，重點是用OFDM解決寬帶化的系統(tǒng)復(fù)雜性的問題。
所謂MIMO是多輸入、多輸出，也就是在基站側(cè)和手機側(cè)放多個天線同時傳送。大家想，多個天線同時傳送是不是有干擾？有干擾沒問題，把干擾檢測出來糾正過來，多時段多個發(fā)送，提升了頻譜利用率。
概括出來，*解決寬帶問題，第二是提升頻譜利用率的問題，這是4G取得核心的兩項關(guān)鍵技術(shù)。
到了5G，我們的核心關(guān)鍵技術(shù)是什么呢？很復(fù)雜，字母多了一串，原因是移動通信發(fā)展到現(xiàn)在，容易做的都做了，剩下的是不太容易做的，很多東西在一起有機形成一個整體才能提升整體性能。
*個5G核心、關(guān)鍵的技術(shù)，叫做大規(guī)模天線陣列，M-MIMO，把基站側(cè)的天線數(shù)進一步增加?；緜?cè)天線上升到64個天線、128個天線，毫米波研究128個天線，通過天線數(shù)的增加提升整個系統(tǒng)能力。大家能想到，天線數(shù)增加提升波束，波束提升很顯然波譜利用率提升。
第二個是UDN，頻度高了，要網(wǎng)絡(luò)密集布施。
第三個是非正交多址接入，解決小數(shù)據(jù)包的接入問題。我們在傳輸?shù)倪^程中，不但有5G+高清還有微信，加一個字母發(fā)出去了“Good（好）”發(fā)出去，占有的資源比較小，顆粒度相對比較大，怎么把小數(shù)有效傳輸，在5G里非常關(guān)鍵。
網(wǎng)絡(luò)虛擬化（NoMA），利用數(shù)據(jù)中心技術(shù)，取代過去單臺的專用設(shè)備，利用數(shù)據(jù)計算的靈活性動態(tài)調(diào)配資源，適應(yīng)更為復(fù)雜的場景。講到的這個時候，我把5G的一些關(guān)鍵技術(shù)都講得差不多了，下面是一些細節(jié)的東西。
我們來看一下5G的愿景。左邊這張圖是ITU給出5G發(fā)展的愿景，包含三個維度，*上面的三角是增強寬帶，把傳輸數(shù)據(jù)、傳輸容量進一步提升。下面兩個角分別是針對物聯(lián)網(wǎng)進行的，右下角是高可靠、低時延，重點應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，這種任務(wù)關(guān)鍵型的應(yīng)用必須非?？煽?，時延要相對比較低，這類的應(yīng)用。
左邊右下角是海量機器中心，就是我們的傳感器，無線傳感設(shè)備，它可能到處撒，成本非常低?？梢杂眯〉拟o扣電池供電，幾年內(nèi)不用換電池，這是海量的機器互聯(lián)。這是ITU給出的5G的三大應(yīng)用場景，或者是發(fā)展的愿景。有愿景，但要落實到具體的技術(shù)上是這樣的維度。
上面是移動技術(shù)傳輸性，2G、3G、4G重點考慮這兩個維度。剩下四個維度覆蓋，比如物聯(lián)網(wǎng)講究覆蓋，比如電表抄表，大家在地下一層、地下二層，人不怎么去的地方，電波打不進去，但必須打進去，否則電表沒法抄表，所以覆蓋非常重要。
海量DP通信，必須解決鈕扣電池供電，*好打造十年的周期，不用換電池，低成本。
第五個維度是可靠性，剛才已經(jīng)講過。另外是時延，剛才也已經(jīng)講過。所以，從愿景到KTI關(guān)鍵技術(shù)指標，大約是這樣六個維度。
我們國家為5G的發(fā)展作出了我們初始性的貢獻，大約五年前成立了2020推進組，為5G發(fā)展作出中國人的貢獻，我們大部分體驗被ITU接納。右面是IMT-2020形成的整體框架，上面是統(tǒng)一的空中接口，下面的部分是新型的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，大致可以看一下。要求是一個靈活的系統(tǒng)設(shè)計，無線傳輸空中接口，必須非常靈活，來適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。
然后是新的無線技術(shù)，第三個是大規(guī)模天線陣列，加上網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架有四個基本的元素，包括網(wǎng)絡(luò)虛擬化切片，我們把數(shù)據(jù)計算資源怎么切成一片一片，來靈活地去調(diào)度。
邊緣計算，邊緣計算是降低車聯(lián)網(wǎng)及其他低延時的關(guān)鍵技術(shù)。大家可以想象，在網(wǎng)絡(luò)里面跳入跳出一定時延大，盡量減少跳出，*好一跳就能回到終端，這樣時延當然降低。
另外，要把限令構(gòu)架重新構(gòu)架，所謂控制平面和數(shù)據(jù)平面進行分離的問題。另外是整個網(wǎng)絡(luò)分布化，設(shè)計非常多的分布式節(jié)點等等。
這是我們給出整個5G的基本構(gòu)架。
圍繞這樣的構(gòu)架，形成更為下面一層的候選技術(shù)，大部分技術(shù)都入選了國際標準。大規(guī)模天線陣列、非正交多址接入、解決小數(shù)據(jù)的傳輸問題。新型的多流編碼，包括密集網(wǎng)絡(luò)布式等等，下面網(wǎng)絡(luò)虛擬化、邊緣計算等等。
這是對無線傳輸層面三個方面核心技術(shù)更進一步的解釋，時間關(guān)系一帶而過。
靈活的系統(tǒng)設(shè)計，怎么做到的？實際也非常簡單，就是把空口，空中傳輸接口，設(shè)計多達62個幀格式，提供花樣繁多的傳輸格式。為什么提供這么多的傳輸格式呢？數(shù)據(jù)是一個包一個包的傳，一幀傳過去，必須把一幀接收完后續(xù)才能處理。這就決定了空中的延時。如果這樣的幀結(jié)構(gòu)定義得非常遠，很多效率降低了，否則時延長增加。來設(shè)計各種各樣復(fù)雜的應(yīng)用場景，這是靈活的空中接口系統(tǒng)設(shè)計的基本的想法。實際上也非常簡單，性能更優(yōu)越的編碼，華為為這樣的編碼做出了中國人的貢獻，被大家熟知。MIMO被接入，這項工作仍然在進行中，中國的研究機構(gòu)、企業(yè)在這方面也作出了非常重要的貢獻。比如這個工作組是由中信通信牽頭做的這樣的工作組。
到目前為止已經(jīng)發(fā)布了兩個關(guān)于5G的版本，隨后這些版本還在不斷完善發(fā)展過程中，下一步要形成完整的R15和R16版本。集中在這些方面，一是非正交多址接入，怎么固化到國際標準中？另外是怎么支持車聯(lián)網(wǎng)這樣一個應(yīng)用場景？因為車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景相對比較復(fù)雜，它和傳統(tǒng)的蜂窩構(gòu)架不一樣，它需要路邊的設(shè)備，多出來這樣一個節(jié)點。所以必須更為細致考慮車聯(lián)網(wǎng)的場景。
第三是高可靠低時延，固化到咱們的版本之中。5G不是一個點，是一個線，它的發(fā)展不是在某一個點終結(jié)，而是某一條線不斷向前演進，我們要正確認識5G。
關(guān)于頻率，我們國家已經(jīng)給出5G的頻率，2.6、3.4-3.6、4.8-4.9，頻譜分配已經(jīng)完備。更高的頻段，要在今年的大會上進行討論，我們國家從20到40G比較寬的頻段上，較為有希望的是在27和39，這兩個頻段上有可能被選為5G下一步毫米波的頻段。
下一個問題是5G來了4G怎么辦？4G和5G之間的關(guān)系是什么樣？實際上是挺復(fù)雜的一件事情。因為4G發(fā)展得是非常成功的，大家都知道，特別微信支付等等普及，得益于4G網(wǎng)絡(luò)的支撐，如果沒有4G網(wǎng)絡(luò)支撐的話，微信支付是不通的。大家不知道有沒有這個體會，4G做得非常成功。保護的網(wǎng)怎么演進變成業(yè)界非常關(guān)注的問題。
“獨立組裝”和“非獨立組裝”的兩個基本概念，4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上加上5G空中傳輸叫非獨立組裝。獨立組裝是核心網(wǎng)絡(luò)、空中接口全部是全新的，這是兩種基本的配置。圍繞這兩種基本配置分別發(fā)布不同的版本，R15的版本本來預(yù)計很快發(fā)出來，但現(xiàn)在有所延遲。然后也給出很多不同的方案，供運營商選擇，可以在4G基礎(chǔ)上選擇，也可以從某一個環(huán)節(jié)上把5G接進來，也可以端到端全新的5G等等。
*后，在對4G和5G做一個對比，這也是大家比較關(guān)心的問題。5G來了，相當于4G到底發(fā)生哪些變化呢？這里總結(jié)一下，不見得全面、也不見得全面正確，大體反映從4G到5G的一些變化。
分幾部分：一是物理層部分，一個是網(wǎng)絡(luò)層部分。物理層部分就是，我們用統(tǒng)一的空中接口來支撐ITU的三大應(yīng)用場景，這是4G到5G本質(zhì)性的變化。過去不會考慮物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)，只考慮把手機性能提升上去，速率提升上去，這是我們從4G到5G大大轉(zhuǎn)變。
二是提供了非常靈活的空中接口，它的選項達到62個之多。
三是 采用大規(guī)模天線陣列，從64到128，到毫米波的1024，都在努力的過程中。這個實際上在空間維度上對頻譜加以更加充分的利用，在*頁我沒有展開說，我們頻譜利用率，現(xiàn)在已經(jīng)大約可以做到每赫茲50比特甚至到100比特，這樣的效率，這在過去2G時代是難以想象的。它的頻譜利用率，隨著技術(shù)進步當然付出巨大的代價，是量級提高。
第四個是NoMA，如何解決4G不能解決小數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。4G微信的支撐是很弱的，非常浪費資源，到5G有望很好地解決。
另外是網(wǎng)絡(luò)層，我們引入網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架，就是把傳統(tǒng)電信的信令，包括信號信令，引入全新互聯(lián)網(wǎng)的信號構(gòu)架。網(wǎng)絡(luò)虛擬化、邊緣計算，以及CU/DU分離、分布式天線、分布式遠端拉遠的分布覆蓋等等。這都是從4G到5G新的變化。
概括起來，我們更加靈活了，我們要有更多的自由度需要去管理，比如過去不會有這么多波束，過去不會用數(shù)據(jù)中心來做，過去數(shù)據(jù)中心把很多東西復(fù)合在一起，動態(tài)的東西多了，所以維護網(wǎng)絡(luò)的難度更大。希望下一步更多依靠人工智能的方式，來解決這些問題。
下面簡單介紹中國這幾年5G取得的進展，大家知道我們在懷柔建了5G試驗廠，穩(wěn)步推進5G發(fā)展。*，對關(guān)鍵技術(shù)進行驗證；第二項技術(shù)對單個系統(tǒng)進行驗證；第三步對整個網(wǎng)絡(luò)進行驗證。經(jīng)過這幾年的努力，我們?nèi)〉昧朔浅Ｖ匾倪M展，支撐了咱們國家整個5G的發(fā)展。
這是在5G懷柔試驗廠測試的情況，包含M-MIMO、非正交、毫米波等等，這項工作做得非常扎實，并且我們是開放，整個全世界所有的供應(yīng)商都可以參加到我們的試驗環(huán)節(jié)中，共同發(fā)展推動5G技術(shù)的發(fā)展。
這是在網(wǎng)絡(luò)側(cè)做的一些測試的工作，包括虛擬化、邊緣計算、新型構(gòu)架、功能的重新劃分等等。
這是我們實驗室自己做的一些工作，實際上是更底層、更基礎(chǔ)的層面，移動通信國家重點實驗室與八所大學、四個企業(yè)合作，成立了2011無線通信技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心。就5G非常核心的技術(shù)進行驗證。譬如大規(guī)模天線陣地，構(gòu)建1024大規(guī)模天線陣地，這是世界上大規(guī)模的，實際應(yīng)用不可能這么大。我們探索極限系統(tǒng)，包括如何用全數(shù)據(jù)中心，從物理層到鏈路層到網(wǎng)路層全部虛擬化接入服務(wù)器，物理層的問題靠服務(wù)器解決。分布式天線系統(tǒng)、構(gòu)架等等。
下一步要做的就是進一步在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)上提升。兩個基本的途徑，一是采用新型構(gòu)架，把“蜂窩”這個概念，從貝爾實驗室*初提出來，把它徹底去除掉，已經(jīng)到了這個階段。我們給出蜂窩構(gòu)架，把所有蜂窩聯(lián)合起來，做聯(lián)合信號束的非蜂窩構(gòu)架，做了理論上的對比。這種蜂窩構(gòu)架隨著網(wǎng)絡(luò)的密集化存在一個拐點，密集到一定程度容量下降，飽和度下降。如果所有蜂窩聯(lián)合密集處理的話，它的系統(tǒng)容量可以不停地上升。
通過這樣構(gòu)架做了理論分析，系統(tǒng)容量持續(xù)上升。在系統(tǒng)容量持續(xù)上升的情況下，功率利用率可以持續(xù)提高。當然帶來的問題是網(wǎng)絡(luò)密集度越來越大，投入成本越來越高。到了5G，并不像有些專家說，5G做得那么完美、提的目標那么高大上，是不是終結(jié)了呢？不是的。理論上已經(jīng)指出，隨著新型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和計算能力的增強，系統(tǒng)容量仍然可以持續(xù)地提升，我仍然有非常大的空間進一步向前發(fā)展，這是我們?yōu)槲磥碜鲆恍┗拘缘奶剿鹘o出的初步的結(jié)論。當然帶來的問題是成本。所以怎么構(gòu)建低成本的網(wǎng)絡(luò)，可能是未來5G乃至6G發(fā)展的非常核心的瓶頸因素。
當然另外一個方式提升容量是新的頻段就是毫米波。前期2011協(xié)同創(chuàng)新也做了大量工作，毫米波那么高的頻段，能在城市層面上做室外的連續(xù)覆蓋嗎？能從室外覆蓋到室內(nèi)嗎？這都是非常基本的一些問題。所以光靠理論研究沒有用的，只能做測量，所以我們做了大量的測量工作。
包括研制一些核心的關(guān)鍵技術(shù)，大規(guī)模天線陣列，我們已經(jīng)初步研制出可以支持1024毫米波天線陣列。也做了一些測量，毫米波覆蓋的情況比我們想象的要好，譬如我們在新街口，樹一個1024天線的陣列，覆蓋范圍達到幾百米甚至上公里，是完全可以做到的，根據(jù)我們初步的測量結(jié)果。所以毫米波如何在地面移動通信有效地利用，它的空間是非常大的，可研制的東西是非常多的。
我給幾張膠片的目的，實際上想給大家一個提示，就是說5G不是終結(jié)，我們?nèi)匀挥蟹浅６嗟臇|西需要去研究，整個系統(tǒng)能力大幅提升的可能性仍然存在，但是成本是關(guān)鍵。無論密集布設(shè)網(wǎng)絡(luò)，還是毫米波技術(shù)，因為它需要大規(guī)模天線陣列支撐，都面臨成本的制約，如何突破成本的制約，是我們下一步的關(guān)鍵。
*后是6G。大家都知道，“6G”這個概念現(xiàn)在媒體上已經(jīng)逐漸開始出現(xiàn)，前幾天美國FCC已經(jīng)發(fā)布6G頻譜，特朗普也提出空中實現(xiàn)6G。但到目前為止，6G并沒有統(tǒng)一的共識，我只能說大體總結(jié)、概括一下，6G它的愿景和發(fā)展的目標?？梢杂眠@九個字概括“全覆蓋、全頻譜、全應(yīng)用”。
所謂“全覆蓋”是進一步拓展移動通信覆蓋的范圍。實際上移動通信對邊緣地區(qū)的覆蓋，對海上覆蓋是非常之薄弱的，靠傳統(tǒng)的方式是難以支撐的，因為它的成本是非常高的。比如非常偏遠的地方，靠光纖、靠基站布設(shè)顯然不經(jīng)濟，需要天地融合，來支撐我們覆蓋范圍的進一步擴大。特別是物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，往往很多沒有人的地方需要物聯(lián)網(wǎng)，需要物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，恰恰那個地方地面覆蓋是不經(jīng)濟的。我們怎么樣實現(xiàn)天地融合的全覆蓋，是下一步要發(fā)展的方向。
第二個是所謂的“全頻譜”。一方面要把現(xiàn)有的頻譜資源加以有效利用，重耕現(xiàn)有的頻譜，使頻譜效率從1比特、2比特到幾十比特到上百比特，我們研究探索能不能達到上千比特。不見得能用，但我們可以探索它。如果把頻譜利用率不停提升，這也是非常寶貴的，就看成本的制約。更為重要的是把毫米波、太赫茲、可見光未開發(fā)的資源利用起來，實現(xiàn)全頻譜的覆蓋和有效利用。
第三是“全應(yīng)用”。我們的5G已經(jīng)逐漸演變成面向全行業(yè)、全社會的信息基礎(chǔ)設(shè)施。到了6G，我們預(yù)計，它的應(yīng)用的普遍性會更加廣泛。而用同一個網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施來支持各種各樣繁雜的應(yīng)用，面臨的任務(wù)是非常艱巨的。從我剛才介紹5G的過程中，大家已經(jīng)看到，我們必須把大數(shù)據(jù)和人工智能的有效地引入6G的設(shè)計中，現(xiàn)有初步的研究成果表明，人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)有可能完全顛覆式地改變我們的設(shè)計理念。比如把通信鏈路變成黑盒子或灰盒子，直接訓練它，不需要設(shè)置調(diào)制器、編碼器、均衡器等等，這些初步研究表明，大數(shù)據(jù)、人工智能可以改變整個網(wǎng)絡(luò)的未來。
總的來說，6G應(yīng)該是IDCT深度融合，智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、通信技術(shù)將在6G有機融合，構(gòu)建面向未來2030移動信息基礎(chǔ)設(shè)施。
我的報告就到這。時間關(guān)系，水平有限，請各位批評指正。謝謝！
責任編輯：常麗圓
聯(lián)系客服
