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高通中国区研发负责人徐晧:5G作为通用技术将驱动创新与增长
2019-04-30 14:48:28 来源: 人民邮电报
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  每一个新生事物在诞生之时都伴随着质疑声,5G也不例外。尽管5G被产业主流认为是大势所趋,全球多国都在紧锣密鼓加快部署,但最近业界也出现了一些不同的声音。对于5G的技术创新和产业前景,《人民邮电》报记者独家专访了高通中国区研发负责人徐晧,他明确表示,5G作为新一代移动通信技术,其在设计之初从整体架构和技术理念上就与前几代移动通信不同。5G最重要的设计理念并不体现在某一个具体技术上,而是在于其全盘考虑了垂直行业和个人消费的需求,对广阔频谱的支持(包括低频和毫米波的融合),不同时延和可靠性的支持(尤其是超低时延和高可靠性),灵活的网络覆盖和传输速率的配置,以及4G的传承和未来演进中的前向兼容。5G的发展和应用要着眼更大的格局来规划与其他行业的融合,比如进一步促进汽车、工业制造和人工智能等领域的技术飞跃。所以5G是面向未来创新的统一连接架构,是一种可以为众多行业提供基础支持的通用技术。

  5G是传承与独创相结合的技术架构

  作为新一代移动通信技术,5G不可避免被拿来与4G对比,在技术层面,5G有哪些重大进步?对此,徐晧表示:“5G考虑了很多4G发展中的瓶颈问题,从设计的第一天就把这些问题放在一个网络架构中进行整体规划。但这并不意味着5G要将每一个4G技术都推翻,而是一个综合性的、非常灵活的架构,让每一种技术各展所长。”他进一步解释说,在物理层,毫米波技术、编码技术、灵活的帧结构、多天线波束管理灵活的带宽配置、前向兼容的构架、高可靠低时延技术等方面都有5G特有的新技术;在网络架构层面,网络切片可以实现带宽资源按需分配和对垂直领域更有效的支持,基于SDN和NFV的网络架构可以让网络构建和扩展更灵活,QoS可以精细到每一个数据流从而实现更多的商业价值。这些都是5G技术创新的例子。

  毫米波移动通信是5G的全新技术。在低频频谱稀缺的今天,毫米波最大的优势是大带宽,以及大带宽支持的高速率。相比6GHz以下的几百MHz的频谱,在毫米波段可以有几个GHz的可用频谱,从而可以大大提升用户的峰值速率。

  MIMO是4G的关键技术之一,在5G中继续被采用并有了很大的增强。虽然5G天线端口仍是32个,这和4G别无二致,但是5G MIMO最重要的突破并不是物理数字上的增加,而是对毫米波及与其相关的波束成形技术的支持,包括基于多波束的初始接入和移动性管理。毫米波是大势所趋,但其面临信道衰减的挑战,需要先进的波束成形技术。徐晧表示,5G MIMO可以在初始接入的时候就进行波束成形,此外还可以在波束扫描失败时,快速实现波束故障恢复,这都是4G不具备的新技术。

  “5G编码则采用了全新的体系。”徐晧表示,“在5G的控制信道和数据信道方面,5G的Polar码和LDPC码分别取代了4G的TBCC码和Turbo码。比如当终端处于高吞吐量时,LDPC码可以做高效的并行译码处理,达到比Turbo码更好的性能。”

  BWP也是5G特有的技术之一。徐晧解释说,5G可以支持的最大带宽高达400MHz,是4G的20倍,一方面终端需要大带宽来提高速率,另一方面当终端不需要高速传输时可以用窄带宽来减少功耗,5G采用BWP的技术动态地调整终端的工作带宽以达到最有效的速率和功耗的折中。比如一个设备只需10MHz的带宽,网络侧就只为其打开10MHz带宽。BWP可以同时为不同用户提供其所需要的不同带宽,支持很宽或很窄的带宽需求,让网络的灵活性大大提升。

  同样提升网络灵活性的还有5G的帧结构和5G HARQ的设计。在时域上,可以灵活地调整每帧的长短以及HARQ的快慢,在频域上可以调整子载波的宽度。这就意味着,5G的物理层可以在一个统一的架构下支持不同带宽和时延需求。

  当然,这并不意味着4G技术被完全取代。徐晧举例,在多址接入方面,全球多家企业向3GPP提出20多种方案,采用其中哪一种、是否有必要进行统一,目前尚无定论。所以,5G多址技术几乎和4G一样。他特别强调:“由此可见,5G并不是要推翻4G的每一项技术,需要且适用的技术可以延续,我们不能因为某一个技术不是5G独创而否定5G的必要性。”

  说到延续性,就必须提到5G的前向兼容。“4G的每一个时间都在传输信号,新的信号进入总会产生一些干扰,但5G有些时域和频域是空白的,可以传送5G信号,也可以传送其他信号,这将提升其灵活性。”徐晧比喻说,“就像在一本书里放一些空白的插页,随时可以把这些插页进行更换,永远可以在里面添加新章节。”

  除了物理层,5G在网络构架上也有很多创新,让其比4G更灵活、更易优化。网络切片就是其中的典型,徐晧介绍,不同的行业、企业、应用都可以根据自己的需求选择一个“切片”,比如车联网只需支持定位、导航等相关网络应用,网络端会非常清楚这些用户的需求在何处,从而定向进行优化。“这样的好处是,行业用户可以创新出很多商业模式,可以说5G在组网时就带来了现在难以想象的商业空间。”他还表示,4G网络面临增容或减容时,需要通过添加硬件来实现,而5G网络完全可以通过软件来定义,让网络的构建更灵活。此外,5G用户面和控制面完全分开,这种“去中心化”的架构,与4G网络严重依赖于网元、层级结构严格完全不同,只要按规范,随时都可以投入和撤出某项网络功能,而网络不受影响,大大方便了网络部署,也为NFV/SDN的引入提供了可能。

  “现在网络的QoS稍显粗放,而5G能让每一个数据流有自己的QoS,为第三方提供每一个数据流的QoS信息,为用户‘画像’,其中蕴藏了大量商机。5G网络也可以向第三方提供更多信息。”他进一步解释说,“比如一家商场可以根据不同时段和地点用户使用网络的情况,来决定采取哪些销售活动,这类商业模式还有很大的创新空间。”他特别强调,这些信息并非某一个用户的个人数据,而是统计学上的抽象数据。

  5G毫米波已由“不可能”变为“不可或缺”

  毫米波是5G一项新技术,具有大带宽和高速率的特点,但是,其覆盖问题也受到质疑。对此,徐晧表示:“毫米波很重要的一个应用场景是热点覆盖,比如在体育馆、音乐会这样的场景中,最大的问题不是覆盖而是容量,在此情况下毫米波有很大优势,它能支持大规模用户同时使用大流量数据。”高通曾经做过一个试验,在同一场音乐会上,放置16个毫米波节点与放置38个WiFi或者4G节点相比,前者能实现10倍的网络容量。

  考虑更广阔的城市应用前景,高通做过一个真实网络模拟试验,模拟在美国三藩市网络的每个LTE基站上都放置一个毫米波基站,数据显示,仍可实现62%的室外覆盖,同时与4G相比网络容量提升5倍。

  那么,毫米波实现的高峰值速率有必要吗?“高峰值速率的好处是,用户可以很快把需要的数据下载完,然后网络资源可以马上切换给别的用户。”徐晧解释说:“很多时候4G用户觉得手机慢,并不是峰值速率不够,而是因为太多的用户同时在‘抢’网络资源,如果每次用很短的时间能把传输结束,再实现网络资源的共享,大家的使用体验都会提升。”

  低时延催生未来海量应用场景

  众所周知,5G有增强移动宽带、海量机器类通信、超高可靠低时延三大典型应用场景,但现在也有一些负面的观点认为超低时延难以实现且并没有太多实际应用意义。对此,徐晧表示,对5G的物理层或空口层而言,时延越短越好。因为对很多应用而言,物理层是最基础的支持,就像输油输水的管道一样,容量越大、时延越低,给应用带来的便利就越多,提供的前景就越广阔。

  他对比说,第一台电脑诞生时,内存64K就足够,后来需求和技术相互催生,容量猛增至现在的GB级。移动通信也是同样的道理,实际上,我们无法预知移动通信未来的应用需要怎样的性能和容量。

  事实上,我们眼前能够看到需要低时延支撑的一些应用。他举例说,虚拟现实就是一个典型场景,当在户外使用蜂窝连接虚拟现实终端时,时延对应用的体验有着非常直接的影响:如果是高时延,几帧之后用户就容易头晕。这就是为什么前几年VR类应用前景火爆,但却无太多应用落地的主要原因之一。

  徐晧坦言,目前在5G低时延方面,产业确实面临一些挑战,同时也在探索应对之策。他表示,首先要把物理层做好。“我们已经能够在很短的时间内发送信息。如果在一毫秒之内能够实现信息的传输和确认,实际上就是已经在物理层把时延降到一毫秒以下,这是很关键的一个物理层支持。”

  “做到这点之后,我们会考虑网络层要达到什么样的时延。”他解释说,“这是一个需求端和技术端互相磨合、共同推动的过程,可能有些需求可以有十毫秒的时延,那么可以给网络层或更上层更多时间,只要在这个范围内传到就够了。实际上,并不是所有的应用都需要达到毫秒级的时延,但把每个链条上每个节点的时延都缩短以后,从总体上能更好地支持低时延应用。”

  不仅在消费领域,生产领域对低时延也有很大的需求,工业互联网就是其中之一。“工业互联网对机械臂的指挥是越快越好,越精确越好,时延越短越好。”徐晧表示,“从技术层面来看,5G标准里提及的无线以太网,要求无线网要达到有线网的传输速率、时延和可靠性,如果能达到这样的效果,工厂里的机器人、机械臂都可以摆脱线缆的束缚,这将为工业生产带来更多的可能。”

  同样的道理也适用于车联网。对于自动驾驶而言,信号的传递越准确、时延越短越好,徐晧解释说:“如果低时延无法实现,那么所有信息的处理可能只能通过在车里配备强大的人工智能技术来进行,反之,则可能提供更多的解决方案,开拓完全不同的方式去解决,比如回传至云端运算处理。”

  “当你只有一个锤子,所有的东西看上去都像钉子。同样,如果没有5G低时延,应用只能构建在一般时延的基础上。但是,当低时延出现时,便提供了一个新的选项,更多的应用或是业务场景也将因此诞生。”徐晧做了一个类比,在4G发展初期,我们无法想象4G移动互联网会产生那么多改变生产生活方式的应用。“我们不需要纠结什么应用需要低时延,而是要将眼光看得更长远。当我们能提供低时延之后,就能赋能大量需求,开拓广阔的使用场景,这些需求中的很多是目前我们想象不到的。应用需求和技术能力是相辅相成、互相推动的。”

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【纠错】 责任编辑: 周靖杰
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