中興通訊首席科學(xué)家向際鷹：5G呼喚革命性創(chuàng)新

　　中國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商當(dāng)前都在加快4G基站覆蓋，大面積推廣4G應(yīng)用。中國(guó)4G商用比發(fā)達(dá)國(guó)家晚幾年，對(duì)5G的熱情卻毫不遜色，日前召開的“第一屆全球5G大會(huì)”選址中國(guó)，正是中國(guó)大力推動(dòng)5G研究開發(fā)，影響力溢出的直接體現(xiàn)。

　　在第一屆全球5G大會(huì)上，中興通訊首席科學(xué)家向際鷹博士詳細(xì)闡述了由中興提出的新型多址和波形技術(shù)，包括MUSA（多用戶共享接入）、FB-OFDM（子載波濾波OFDM）、UAI（統(tǒng)一空口）、Massive MIMO等技術(shù)。向際鷹指出，5G應(yīng)用于萬物移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)連接與4G有本質(zhì)區(qū)別。“僅憑4G的演進(jìn)無法實(shí)現(xiàn)，急需革命性技術(shù)創(chuàng)新。”

　　IoT需求創(chuàng)新

　　無線通信技術(shù)一代一代向前演進(jìn)，甚至LTE的名字就是“長(zhǎng)期演進(jìn)”（Long Term EvoluTIon）。隨著人類社會(huì)邁入萬物移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代，數(shù)以百億計(jì)的連接將使現(xiàn)有的通信方式不堪重負(fù)。5G在2020年前后商用，與萬物移動(dòng)互聯(lián)同步，因此向際鷹認(rèn)為，4G的演進(jìn)非常重要，但全新的革命性技術(shù)對(duì)5G更加重要。

　　“ITU為5G設(shè)定了很高的目標(biāo)要求，單憑演進(jìn)型技術(shù)效率極低，甚至無法實(shí)現(xiàn)。” 向際鷹指出，革命性技術(shù)必須一開始就關(guān)注“實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性”。如何平衡性能和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性，需要全方位的技術(shù)創(chuàng)新：既包括高頻，也包括低頻；既包括空口，也包括核心網(wǎng)；既包括eMBB，也包括IoT。

　　以IoT為例，5G時(shí)代每平方公里將有100萬連接，折算到基站，是目前的七百多倍。即使采用4G增強(qiáng)技術(shù)承載，也需要至少13載波。但是運(yùn)營(yíng)商用于IoT的資源往往很少，這樣就需要壓縮載波數(shù)，一旦壓縮，系統(tǒng)將充斥著“開銷”消息。

　　“本質(zhì)上LTE 并不針對(duì)大連接優(yōu)化，即使只傳輸一個(gè)比特，也往往需要上百個(gè)比特的‘開銷’消息，這些‘開銷’消息用于完成上行同步和資源調(diào)度，這對(duì)于4G OFDMA而言必不可少。同時(shí)由于存在沖突回退，甚至雪崩效應(yīng)，采用4G OFDMA增強(qiáng)技術(shù)去勉強(qiáng)滿足5G IoT要求，將十分低效。”向際鷹說。

　　5G技術(shù)已面世

　　當(dāng)前仍在5G的初期討論階段，業(yè)界并沒有統(tǒng)一的觀點(diǎn)，當(dāng)然更沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。例如針對(duì)5G的空口，就有觀點(diǎn)認(rèn)為5G的低頻只需要4G演進(jìn)型空口。向際鷹認(rèn)為，低頻與高頻同樣需要新空口，在中興通訊UAI（unified-air-interface）定義中，無論低頻和高頻，都可以用一套新空口制式，只是參數(shù)不同而已。

　　因此可以說，中興通訊當(dāng)前研發(fā)的5G技術(shù)，已經(jīng)從系統(tǒng)層面考慮5G未來面臨的難題。例如針對(duì)“開銷”消息，中興通訊提出了MUSA技術(shù)，該技術(shù)通過免調(diào)度（total grant free），徹底杜絕上行同步、調(diào)度及相關(guān)開銷，效率提升上百倍。同時(shí)，為了規(guī)避“盲檢”接收機(jī)過于復(fù)雜的問題，采用復(fù)用多元短碼，即使長(zhǎng)度只有4，也可獲得上千條低相關(guān)碼，從而大幅度簡(jiǎn)化接收機(jī)實(shí)現(xiàn)。

　　再例如，4G的業(yè)務(wù)類型比較單一，采用相同的子載波寬度，單一的子載波寬度不能對(duì)所有業(yè)務(wù)優(yōu)化。而5G業(yè)務(wù)種類是多樣化的，如果維持4G的OFDM不變，將引入嚴(yán)重的子載波間干擾，不同業(yè)務(wù)之間需要留保護(hù)帶，當(dāng)窄帶業(yè)務(wù)較多時(shí)，保護(hù)帶將導(dǎo)致嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。

　　針對(duì)這個(gè)問題，中興通訊提出了FB-OFDM技術(shù)，通過子載波級(jí)別的濾波，將保護(hù)帶控制到最小，甚至0保護(hù)帶。向際鷹表示，F(xiàn)B-OFDM帶外抑制能力相比同類技術(shù)好20dB以上。此外，為解決多個(gè)子載波濾波的復(fù)雜性問題，F(xiàn)B-OFDM將多個(gè)濾波器通過數(shù)學(xué)變換，轉(zhuǎn)換為時(shí)域上的加窗和Inter-symbol poly phase濾波器，可一次性完成多個(gè)子載波濾波。

　　技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)動(dòng)

　　盡管5G商用為時(shí)尚早，業(yè)界已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)制定上未雨綢繆。向際鷹指出，4G演進(jìn)可以一定程度上脫離標(biāo)準(zhǔn)，依靠實(shí)現(xiàn)層面的創(chuàng)新支撐，而5G革命則更多地依托標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前包括中興通訊在內(nèi)，各家企業(yè)都在獨(dú)立向3GPP提交5G標(biāo)準(zhǔn)提案，這些標(biāo)準(zhǔn)并不是相通的，可以說是平行的。

　　在提出了多項(xiàng)5G標(biāo)簽技術(shù)后，中興通訊向3GPP提交了Novel Numerology， Self contained Frame Structure，F(xiàn)B-OFDM waveform，LDPC coding，MUSA，NG Core Proposal等核心技術(shù)領(lǐng)域的數(shù)百篇提案。也就是說中興通訊即使不依賴其他企業(yè)，已有能力構(gòu)建一套完整的5G系統(tǒng)。

　　中國(guó)IMT-2020（5G）推進(jìn)組組長(zhǎng)、中國(guó)信息通信研究院院長(zhǎng)曹淑敏呼吁，業(yè)界盡量避免5G標(biāo)準(zhǔn)碎片化。向際鷹表示了極大認(rèn)同。標(biāo)準(zhǔn)碎片化對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈、對(duì)設(shè)備商都不是好消息，中興通訊希望能夠形成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。最終標(biāo)準(zhǔn)的制定，是各家企業(yè)技術(shù)貢獻(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)博弈的結(jié)果，企業(yè)提交標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量、價(jià)值、完整程度，決定了在標(biāo)準(zhǔn)制定中的分量。“企業(yè)提交5G標(biāo)準(zhǔn)提案，正是5G標(biāo)準(zhǔn)融合的一部分。”

　　據(jù)悉，在5G標(biāo)準(zhǔn)制定中，中興通訊是IMT-2020核心成員，牽頭負(fù)責(zé)超過30%課題的研究，并加入了40多個(gè)全球標(biāo)準(zhǔn)化組織、聯(lián)盟和論壇，是ITU、3GPP、IEEE、 NGMN、日本5GMF等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織/行業(yè)聯(lián)盟的成員，是5G標(biāo)準(zhǔn)制定的主要推動(dòng)者之一。

　　當(dāng)然，5G技術(shù)革命與4G演進(jìn)并不矛盾。實(shí)際上中興通訊已經(jīng)將部分5G技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)網(wǎng)。以Pre5G Massive MIMO為例，目前已經(jīng)在現(xiàn)網(wǎng)規(guī)模商用，將現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)頻譜利用率提升3-6倍；未來可通過標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)的優(yōu)化，平滑演進(jìn)為5G New Radio Massive MIMO。同時(shí)，該技術(shù)支持現(xiàn)有終端，這意味著現(xiàn)網(wǎng)可以先系統(tǒng)、后終端向5G平滑演進(jìn)。今年2月，這一技術(shù)獲得了全球移動(dòng)大獎(jiǎng)“最佳移動(dòng)技術(shù)突破獎(jiǎng)”和“CTO 選擇獎(jiǎng)”，得到了業(yè)界的高度認(rèn)可。