5G最顯著的技術(shù)特征是什么

鄉(xiāng)愁不改，積極探索技術(shù)前沿；一別七年，只為下一代通信盡早成熟。從寶島到內(nèi)地，她一步一個腳印，走完了父輩們夢中的歸鄉(xiāng)路。為了繪就共同的夢想，她舍家七年，只為讓每一位同胞都能享受到更加先進、便捷的通信服務(wù)。

她就是中國移動研究院首席科學(xué)家易芝玲女士。在5G發(fā)展如火如荼之際，移動Labs有幸采訪到易芝玲女士，業(yè)界同仁都親切的稱她為易老師，易老師既高屋建瓴又風趣幽默，讓移動Labs感受到了一個不一樣的科學(xué)家。

Fun & Profit

易老師從斯坦福大學(xué)畢業(yè)后就加入了貝爾實驗室工作。貝爾實驗室培養(yǎng)出了多位在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域成就斐然的諾貝爾獎獲得者。其中，2018年諾貝爾獎獲得者之一，被稱為“光學(xué)鑷子研究領(lǐng)域之父”的亞瑟·阿什金（Arthur Ashkin），就曾在貝爾實驗室工作過。

易老師講到，貝爾實驗室當時有2萬多人，其中只有一千人在搞基礎(chǔ)研究。她和阿什金雖然沒有具體合作過，但都在基礎(chǔ)研究部門工作。貝爾實驗室先先后后有十多人獲得了九項諾貝爾獎，基本上都出自基礎(chǔ)研究部門。

“那個時候我們沒有覺得諾貝爾獎得主很稀奇，”易芝玲笑著說到，“1997、1998連續(xù)兩年實驗室拿了兩個諾貝爾獎，身邊的同事就是諾貝爾獎獲得者。印象中有兩位基礎(chǔ)物理研究領(lǐng)域的諾貝爾獎得主，跟我在同一個部門，他們得的諾貝爾獎比較特別，是‘宇宙的起源’、‘宇宙的大爆炸學(xué)說’。我們實驗室旁邊小山坡上就是他們做實驗探測宇宙背景溫度的儀器?！?/p>

2017年，中國移動研究院還曾邀請諾貝爾獎獲得者石墨烯發(fā)明人安德烈·海姆教授來“智匯講壇”做講座。“在與這些諾貝爾獎獲得者接觸中，大家并沒覺得他們高高在上，而是像平常人一樣，可以很放松地交流溝通?！币桌蠋熣f到。

這些科學(xué)家們保持著對科學(xué)研究由衷的熱情，喜歡探索未知，然后尋找答案，幾十年如一日的堅持做研究，使得貝爾實驗室充滿了研究與熱情的氛圍。“做科研也需要一定的環(huán)境和氛圍，尤其是超前研究?！币桌蠋熣f。易老師畢業(yè)后收到了很多offer，貝爾實驗室并不是薪酬最高的，但是易老師還是毫不猶豫的選擇了這份工作。

“貝爾實驗室就像每個科研工作者心中的圣山，一定要去學(xué)習下，科研之路才會完整，于是我1988年一畢業(yè)就加入了貝爾實驗室?！币字チ嵝χv到。進入貝爾實驗室后，易老師就被身邊的同事震驚到了，她開玩笑地說，其中有些同事，曾以為他們已經(jīng)不在世，因為他們的很多經(jīng)典成果都太有名了，如今這些曾經(jīng)以為活在教科書和經(jīng)典論文中的科學(xué)家，他們就在樓上或者隔壁工作，溝通交流平易近人，每天和這些同事討論問題，都會有新的體驗、新的認識，從而產(chǎn)生新的想法，實驗室變成了一個讓人享受的環(huán)境。

“我希望中國移動研究院可以成為另一個貝爾實驗室，有著濃厚的創(chuàng)新與研究氛圍。目前中國移動已經(jīng)取得了不小的成就，未來還可以做得更好，希望未來更多更好的創(chuàng)新種子可以在這里生根發(fā)芽?！币桌蠋熤v到。

談到科研，易老師講到：“我一直在跟團隊強調(diào)，我們要做的事情是既頂天又立地。“頂天”就是在最基礎(chǔ)、最創(chuàng)新、最前沿的研究中，對經(jīng)典理論有重新思考，換個大家都認為是理所當然的思路想事情，就會發(fā)現(xiàn)還有很大的可研究空間，保持熱情并以此為樂。但是也不能都飄在空中，要能夠“立地”，也就是思考問題的時候，要選擇對未來有用的方向，讓人好奇的科學(xué)問題其實很多。但是就算做基礎(chǔ)、做超前、做創(chuàng)新研究，也要有所指?！?/p>

貝爾實驗室涌現(xiàn)出很多優(yōu)秀的科學(xué)家，他們一直努力把握的原則就是Fun&Profit。易老師現(xiàn)在就是這樣要求團隊的，所做的研究要給自己帶來樂趣，有成就感，自己才會有熱情，但是也要給公司帶來效益。兩邊的平衡很重要，科學(xué)家們頂天做得很好，但是立地的事情想的相對少一點。但是如果太立地，眼光容易放不長遠。

加入中國移動預(yù)研5G

時光荏苒，轉(zhuǎn)眼到了2011年，易老師選擇加入中國移動，擔任中國移動研究院首席科學(xué)家，開展超前研究。彼時正是中國移動全力以赴，深入攻關(guān)4G發(fā)展的關(guān)鍵時期。為防止誤解，當時的5G研究并未公開宣傳。

談起剛加入中國移動的情景，易老師講到，“我記得那是一個周六，研究院要在新裝修的中國移動創(chuàng)新大樓里面第一次開會，會議的主題是2012年的研發(fā)規(guī)劃，最終將5G確定為超前研究的重要方向?！?/p>

實際上，中國移動2012年就從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、空口、信令控制、基站形態(tài)等方面規(guī)劃5G研究，并逐步提出了“Green、Soft、Open、Smart”等理念，事實證明，這些理論一直貫穿在5G網(wǎng)絡(luò)的方方面面，并成為5G網(wǎng)絡(luò)的未來發(fā)展方向。

Green & Soft

Green主要是指效率。但不僅僅是能耗，對行業(yè)而言，代表著用最少的資源達到最高的性能。

Soft指的是軟件化。通信行業(yè)每十年更新一代，但是經(jīng)過深入觀察，過去的通信系統(tǒng)都太“硬”了，網(wǎng)絡(luò)高度依賴特殊的硬件平臺，所以每次升級換代都要付出巨大的成本。反觀OTT企業(yè)，“軟”是其天生的基因，更新?lián)Q代只需要軟件更新，可以上午一個版本，下午再更新一個版本，因為采用通用的硬件平臺，核心技術(shù)是軟件。

“2011年剛開始提出軟件化的時候，所有的主流運營商都跳出來反對，認為效率與靈活性無法兼得。必須承認，如果“一對一打架”，特制化硬件+緊綁定軟件VS通用平臺+軟件相比，后者難以勝利，但是如果“打群架”，結(jié)果就很難說了?！币桌蠋熃忉尩?，“雖然行業(yè)不習慣這種觀點，但是這已經(jīng)是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢。2013年開始出現(xiàn)SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)），隨后在接入網(wǎng)又出現(xiàn)了SDAI（軟件定義接口）。”

以通信空口為例，5G面臨更多樣化的使用場景，需要對空口進行有機統(tǒng)一。易老師帶領(lǐng)團隊提出了SDAI，是一個統(tǒng)一的框架。在這個空口上，關(guān)鍵的模塊，波形、多址、雙工、多天線技術(shù)、編碼、解碼，都不應(yīng)該只有一個選擇，而是至少兩個選擇，最多不超過三個。這樣就有一個足夠的工具箱，在不同的場景下，拿出最合適的選擇，組成需要的空口。5G NR標準就具有這樣的特性，它的幀結(jié)構(gòu)就是朝這個方向去做的。

后來在3GPP非正交多址提案方面，各個廠家提出了多達16個選擇，研究院則設(shè)計了SDAI框架，在這個框架下，將16種多址方面進行統(tǒng)一，可以根據(jù)具體需要來比較復(fù)雜度和性能，選擇適合的比特域與符號域組合，從而選擇最適合場景的選項。

Open & Smart

Open可以指開源。開源社區(qū)在IT領(lǐng)域非?；钴S的，它是一個很重要的技術(shù)解決方案。面向未來如何動員開源社區(qū)的力量，與網(wǎng)絡(luò)進行深度結(jié)合，讓網(wǎng)絡(luò)能夠又快又好，是值得探討的。

Open還指開放的接口，也就是白盒化。2/3/4G都是一個一個基站，5G基站可能有所不同，其CU（集中式單元）、DU（分布式單元）、RRU（天線射頻單元）分離。在不同的場景中，也許會把CU跟DU放在一塊，把DU跟RRU放在一塊，接入網(wǎng)靈活性就增大很多，可以適應(yīng)不同的場景。但是要做到這個，CU跟DU之間的接口，DU跟RRU之間的接口，要Open，是真正開放的接口。目前網(wǎng)絡(luò)里面有很多雖然叫做標準化的接口，其實不是完全開放的。

為此今年2月，中國移動、美國AT&T、德國電信、日本NTT docomo以及法國Orange等五家電信運營企業(yè)聯(lián)合成立了O-RAN聯(lián)盟，目前已經(jīng)有全球15家主流運營商加入，并吸引了業(yè)界主流廠商（包括傳統(tǒng)通信設(shè)備商、芯片廠商、服務(wù)器廠商、云供應(yīng)商）80多家企業(yè)的加入。

Smart便是指智能。如今比較熱門的智能是人工智能。網(wǎng)絡(luò)的智能化是一個從無到有的過程，運營商發(fā)展網(wǎng)絡(luò)智能具有較大優(yōu)勢，因為運營商網(wǎng)絡(luò)里面有海量的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在的問題是多數(shù)人不知道網(wǎng)絡(luò)中有些什么數(shù)據(jù)，也不知道怎么樣去獲取需要的數(shù)據(jù)，甚至不知道做這件事情需要什么數(shù)據(jù)。所以網(wǎng)絡(luò)的智能化需要先梳理網(wǎng)絡(luò)里面的數(shù)據(jù)，然后再分析。

目前中國移動已經(jīng)梳理出了很多的不同的應(yīng)用場景，大概分三大類:

第一種是非實時的（Non-real time），這些主要是在運營和管理層面的。

第二種是準實時（Quasi-real TIme），它不是真的實時。

第三種是真的實時（Real TIme）。

準實時場景已經(jīng)擴展到控制面，實時場景就直接到了物理層。以多網(wǎng)協(xié)作節(jié)能系統(tǒng)為例，它把2G、3G、4G三張網(wǎng)絡(luò)當成一個系統(tǒng)，每15分鐘重新調(diào)整配置基站上的一些參數(shù)，休眠一些暫時沒有需求的小區(qū)。中國移動2014年做出來1.0版本，之后升級到2.0版本，從個別的部署變?yōu)樵苹胁渴稹Ｈ缃褚呀?jīng)發(fā)展到3.0版本，中國移動研究院開始和省公司的大數(shù)據(jù)平臺結(jié)合，基于機器學(xué)習更精確地進行匹配，目前已經(jīng)有15個省開始了試點應(yīng)用。

易老師講到“我們正處在一個特別好的時代，IT、CT、DT深度融合為ICDT，不再只是流于形式與口號，而是深入骨髓的融合。”

經(jīng)典的七個“再思考”

要實現(xiàn)重大創(chuàng)新，很重要的一方面就是要重新思考傳統(tǒng)通信理論，從而得出新的結(jié)論。對此，易老師介紹了中國移動研究院對5G的七個“再思考”。

第一個是對香農(nóng)理論的再思考。進行頻譜效率和能量效率的聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計。以往的通信系統(tǒng)通常只是單純地把系統(tǒng)容量和頻譜效率作為系統(tǒng)設(shè)計的重點考慮因素，但是對于5G網(wǎng)絡(luò)，要把頻譜效率和能量效率聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計貫穿系統(tǒng)研究與設(shè)計的始終。在5G系統(tǒng)中，不僅需要進一步提升系統(tǒng)的頻譜效率，同時還需要盡可能提升系統(tǒng)能量效率。

第二個是對蜂窩概念的思考。大家可能對Ring和Young先生提出的蜂窩通信的概念（比如1G、2G、3G、4G）都比較熟悉。但是在5G系統(tǒng)設(shè)計時，需要考慮到傳統(tǒng)以基站為中心的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計可能不再滿足未來的系統(tǒng)需求，因此會考慮設(shè)計以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和相應(yīng)的協(xié)議棧、信令流程。

第三個是信令和控制的全新設(shè)計。在未來5G的應(yīng)用中，考慮到小包業(yè)務(wù)在未來網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)中的比重會與日俱增，系統(tǒng)設(shè)計時如果不采取新穎的做法，不采取新的空口技術(shù)，那空口資源會由于小包業(yè)務(wù)連接的頻繁建立和釋放而造成大量浪費。為了把空中接口對于小包業(yè)務(wù)的接入能力提高到一個新的數(shù)量級，必須帶來全新的連接方法，來實現(xiàn)無連接的空中接口信令和控制。

第四個是關(guān)于基站天線。在4G的時候，基站天線數(shù)并不多，由于基站天線的小型化，天線的安裝并沒有引起太大的問題。但是在5G中，Massive MIMO將變得無所不在，數(shù)量龐大的天線給系統(tǒng)的選址和安裝帶來巨大的挑戰(zhàn)。因此，提出隱形基站的概念，通過采用低成本、低功耗、小型化的射頻和天線設(shè)計，多根天線可以高度集成在一個SmarTIle 中，實際部署的時候，可以根據(jù)需求按照實際的部署環(huán)境靈活的擺放多塊SmarTIle。

第五個是關(guān)于空口。軟件定義空口（SDAI）旨在為5G空口設(shè)計提供靈活一體化的空口傳輸解決方案，可針對部署場景、業(yè)務(wù)需求、性能指標、可用頻譜和終端能力等具體情況，按需選取合適的空口技術(shù)組合并優(yōu)化參數(shù)配置，形成相應(yīng)軟空口的一個實現(xiàn)，從而達到對場景及業(yè)務(wù)的“量體裁衣”，提高資源效率，降低網(wǎng)絡(luò)部署成本，并能夠有效應(yīng)對未來可能出現(xiàn)的新場景和新業(yè)務(wù)需求。SDAI的構(gòu)成元素包括：靈活的幀結(jié)構(gòu)，靈活的多址、雙工、波形、多天線波束賦形架構(gòu)和處理，以及靈活的頻譜資源利用等方面。

上述的幾個方面是早在2011年就已經(jīng)開始進行的反思與深入研究。后續(xù)還深入研究了下一代前傳，以及未來的協(xié)議棧架構(gòu)，以期實現(xiàn)真正把用戶的體驗考慮進去，并且加以靈活的控制。這是第六個和第七個再思考。

3G最重要的技術(shù)特點之一是采用了碼分多址技術(shù)，4G是使用了正交頻分復(fù)用技術(shù)，那么5G最顯著的技術(shù)特征是什么呢？實際上，5G是綜合運用了多種創(chuàng)新技術(shù)?？梢园?G比作一個完整的珍珠項鏈，其中每一顆發(fā)光珍珠就是每一項創(chuàng)新技術(shù)。

中國移動在5G這個項鏈上貢獻了大量珍珠，完成了大量的高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文，發(fā)表在高水平國際期刊和會議上。其中，Green & Soft 思想發(fā)表在IEEE Communication Magazine第一期5G專刊的第一篇，表示了對中國移動5G研究成果的肯定。中國移動研究院在很多在國際知名期刊雜志上發(fā)表了許多高引用論文，在5G領(lǐng)域做出了巨大貢獻。比如易老師與研究院韓雙鋒博士共同發(fā)表的論文獲得IEEE通信協(xié)會2018年“Fred W. Ellersick Prize”最佳論文獎。這個獎是頒發(fā)給近3年在其4大旗艦期刊中最具影響力的唯一一篇原創(chuàng)論文的作者。這是我國產(chǎn)業(yè)界首次獲得IEEE通信協(xié)會最佳論文獎，也是我國研發(fā)機構(gòu)首次單獨獲得該獎項，實現(xiàn)了歷史性的突破。

據(jù)了解，為實現(xiàn)5G技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，中國移動逐步加大在基礎(chǔ)通信領(lǐng)域的研究投入，僅面向5G的研發(fā)資金就達4G的3-4倍。近年來，中國移動累計提交5G標準化文稿超過1500篇；文稿通過率達41.46%，位居全球第四。中國移動在5G技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域不斷突破，形成了新頻段、新天線、新架構(gòu)、新設(shè)計、新能力、新傳輸六大關(guān)鍵技術(shù)方向。中國移動全集團5G專利產(chǎn)出數(shù)量與質(zhì)量逐年提升，截至今年10月底已提交發(fā)明專利申請近1000件，5G專利申請量躍居全球運營商第一陣營。在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域播下的種子，終將在網(wǎng)絡(luò)商用的過程中生根發(fā)芽。

讓當科學(xué)家成為每個孩子的夢想

5G雖然尚未商用，但是布局超前基礎(chǔ)技術(shù)研究，才能確立我國在科技領(lǐng)域的核心競爭力，使我國在任何一次信息革命浪潮中不僅不會缺席，還會迎風直上，成為時代的弄潮兒。

如今，基礎(chǔ)研究得到了國家更多的重視。國家主席習近平曾在兩院院士大會上表示，基礎(chǔ)研究是整個科學(xué)體系的源頭。要瞄準世界科技前沿，抓住大趨勢，下好“先手棋”，打好基礎(chǔ)、儲備長遠，甘于坐冷板凳，勇于做栽樹人、挖井人，實現(xiàn)前瞻性基礎(chǔ)研究、引領(lǐng)性原創(chuàng)成果重大突破，夯實世界科技強國建設(shè)的根基。

在基礎(chǔ)研究的提前布局方面

中國移動積極響應(yīng)國家政策號召，持續(xù)瞄準前沿技術(shù)進行跟蹤探索，比如石墨烯、量子通信等，并逐步加大投入。

“研究院有很多優(yōu)秀的同事在國際上獲得了獎項和掌聲，在國內(nèi)卻鮮有人知，為了使科研工作者的工作更受認可，中國移動在這方面也進行了一些探索，比如成立公司級和研究院級的科技委員會，研究院還進行了領(lǐng)軍人才（Fellow）試點，對優(yōu)秀科研人員進行精神和物質(zhì)上的獎勵?！币桌蠋熤v到。

“我想告訴年輕的同事，在科研領(lǐng)域從事基礎(chǔ)研究一定要耐得住寂寞，要保持好奇心，在研究領(lǐng)域保持激情與樂趣。”易老師說。正是因為有通信領(lǐng)域眾多的科學(xué)家們的潛心鉆研，才有了我們?nèi)绱税l(fā)達的信息社會。相信在各方的共同努力下，當科學(xué)家會成為無數(shù)中國孩子的夢想，給孩子們的夢想插上科技的翅膀，未來科學(xué)的浩瀚星空會群星閃耀！

一句囑托，鄉(xiāng)愁不改

繁霜盡是心頭血，灑向千峰秋葉丹。采訪到最后，易老師講到了自己的辛苦曲折經(jīng)歷。易老師出生在我國臺灣，易老師的父親對家鄉(xiāng)念念不忘，從小便給她講江西老家的故事。后來在易老師去斯坦福上學(xué)后，父親多次囑托她將來要多為國家出力。七年前，當易老師收到中國移動的邀請時，父親很高興地對她說，不要猶豫，要為國家的科技發(fā)展貢獻力量。于是易老師離開還在國外工作和學(xué)習的丈夫和孩子，孤身一人回國，這一分離就是七年。七年里，父親一直在為她加油鼓勁，肯定她的成績，有父親的陪伴和囑托，易老師并不孤獨。

就在去年，易老師的父親以九十多歲高齡離世，易老師和兄弟姐妹們完成了父親的遺愿，圓了他葉落歸根的夢。一句囑托，一生踐行，她一步一個腳印，走完了父輩們夢中的歸鄉(xiāng)路。