中兴首席科学家向际鹰：5G呼唤革命性创新

2016-06-27 08:48

　　中国三大运营商当前都在加快4G基站覆盖，大面积推广4G应用。中国4G商用比发达国家晚几年，对5G的热情却毫不逊色，日前召开的“第一届全球5G大会”选址中国，正是中国大力推动5G研究开发，影响力溢出的直接体现。

　　在第一届全球5G大会上，中兴通讯首席科学家向际鹰博士详细阐述了由中兴提出的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。向际鹰指出，5G应用于万物移动互联时代，网络连接与4G有本质区别。“仅凭4G的演进无法实现，急需革命性技术创新。”

IoT需求创新

　　无线通信技术一代一代向前演进，甚至LTE的名字就是“长期演进”（Long Term Evolution）。随着人类社会迈入万物移动互联时代，数以百亿计的连接将使现有的通信方式不堪重负。5G在2020年前后商用，与万物移动互联同步，因此向际鹰认为，4G的演进非常重要，但全新的革命性技术对5G更加重要。

　　“ITU为5G设定了很高的目标要求，单凭演进型技术效率极低，甚至无法实现。” 向际鹰指出，革命性技术必须一开始就关注“实现复杂性”。如何平衡性能和实现复杂性，需要全方位的技术创新：既包括高频，也包括低频；既包括空口，也包括核心网；既包括eMBB，也包括IoT。

　　以IoT为例，5G时代每平方公里将有100万连接，折算到基站，是目前的七百多倍。即使采用4G增强技术承载，也需要至少13载波。但是运营商用于IoT的资源往往很少，这样就需要压缩载波数，一旦压缩，系统将充斥着“开销”消息。

　　“本质上LTE 并不针对大连接优化，即使只传输一个比特，也往往需要上百个比特的‘开销’消息，这些‘开销’消息用于完成上行同步和资源调度，这对于4G OFDMA而言必不可少。同时由于存在冲突回退，甚至雪崩效应，采用4G OFDMA增强技术去勉强满足5G IoT要求，将十分低效。”向际鹰说。

　5G技术已面世

　　当前仍在5G的初期讨论阶段，业界并没有统一的观点，当然更没有统一的标准。例如针对5G的空口，就有观点认为5G的低频只需要4G演进型空口。向际鹰认为，低频与高频同样需要新空口，在中兴通讯UAI(unified-air-interface)定义中，无论低频和高频，都可以用一套新空口制式，只是参数不同而已。

　　因此可以说，中兴通讯当前研发的5G技术，已经从系统层面考虑5G未来面临的难题。例如针对“开销”消息，中兴通讯提出了MUSA技术，该技术通过免调度（total grant free），彻底杜绝上行同步、调度及相关开销，效率提升上百倍。同时，为了规避“盲检”接收机过于复杂的问题，采用复用多元短码，即使长度只有4，也可获得上千条低相关码，从而大幅度简化接收机实现。

　　再例如，4G的业务类型比较单一，采用相同的子载波宽度，单一的子载波宽度不能对所有业务优化。而5G业务种类是多样化的，如果维持4G的OFDM不变，将引入严重的子载波间干扰，不同业务之间需要留保护带，当窄带业务较多时，保护带将导致严重的资源浪费。

　　针对这个问题，中兴通讯提出了FB-OFDM技术，通过子载波级别的滤波，将保护带控制到最小，甚至0保护带。向际鹰表示，FB-OFDM带外抑制能力相比同类技术好20dB以上。此外，为解决多个子载波滤波的复杂性问题，FB-OFDM将多个滤波器通过数学变换，转换为时域上的加窗和Inter-symbol poly phase滤波器，可一次性完成多个子载波滤波。

　技术与标准联动

　　尽管5G商用为时尚早，业界已经在标准制定上未雨绸缪。向际鹰指出，4G演进可以一定程度上脱离标准，依靠实现层面的创新支撑，而5G革命则更多地依托标准。当前包括中兴通讯在内，各家企业都在独立向3GPP提交5G标准提案，这些标准并不是相通的，可以说是平行的。

　　在提出了多项5G标签技术后，中兴通讯向3GPP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。也就是说中兴通讯即使不依赖其他企业，已有能力构建一套完整的5G系统。

　　中国IMT-2020(5G)推进组组长、中国信息通信研究院院长曹淑敏呼吁，业界尽量避免5G标准碎片化。向际鹰表示了极大认同。标准碎片化对产业链、对设备商都不是好消息，中兴通讯希望能够形成一个统一的标准。最终标准的制定，是各家企业技术贡献、标准博弈的结果，企业提交标准的数量、价值、完整程度，决定了在标准制定中的分量。“企业提交5G标准提案，正是5G标准融合的一部分。”

　　据悉，在5G标准制定中，中兴通讯是IMT-2020核心成员，牵头负责超过30%课题的研究，并加入了40多个全球标准化组织、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，是5G标准制定的主要推动者之一。

　　当然，5G技术革命与4G演进并不矛盾。实际上中兴通讯已经将部分5G技术应用于现网。以Pre5G Massive MIMO为例，目前已经在现网规模商用，将现有4G网络频谱利用率提升3-6倍；未来可通过标准增强的优化，平滑演进为5G New Radio Massive MIMO。同时，该技术支持现有终端，这意味着现网可以先系统、后终端向5G平滑演进。今年2月，这一技术获得了全球移动大奖“最佳移动技术突破奖”和“CTO 选择奖”，得到了业界的高度认可。