5G算法創(chuàng)新大賽---促技術(shù)創(chuàng)新、育創(chuàng)新人才

工信部電信研究院通信標(biāo)準(zhǔn)研究所所長 王志勤

自2015年5月啟動第一屆5G算法創(chuàng)新大賽，到9月大賽完成初賽階段進入到復(fù)賽。呈現(xiàn)出參賽團隊遠超預(yù)期，涌現(xiàn)了大量高水平參賽作品。這次大賽是5G技術(shù)處于初期研發(fā)階段，發(fā)揮高校創(chuàng)新源頭作用，聚焦在一些5G共識技術(shù)，力爭突破5G技術(shù)算法。為此就全球5G的發(fā)展及創(chuàng)新鏈打造等問題的發(fā)表一些看法。

1、全球5G研發(fā)進展

國際電信聯(lián)盟(ITU)在2015年6月已完成5G愿景、未來技術(shù)趨勢、頻譜需求等研究。產(chǎn)業(yè)界對5G需求高度共識，認(rèn)為5G將提升移動互聯(lián)網(wǎng)用戶體驗，并重點解決千億級機器無線通信的物聯(lián)網(wǎng)需求，極大地促進車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等融合領(lǐng)域的發(fā)展，為業(yè)務(wù)應(yīng)用創(chuàng)新提供平臺。

明確IMT-2020愿景及應(yīng)用場景。在業(yè)務(wù)方面，5G將在大幅提升“以人為中心”的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗的同時，全面支持“以物為中心”的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，實現(xiàn)人與人、人與物和物與物的智能互聯(lián)。在應(yīng)用場景方面，5G將支持增強移動寬帶、海量機器類通信和超高可靠低時延通信三大類應(yīng)用場景，在5G系統(tǒng)設(shè)計時需要充分考慮不同場景和業(yè)務(wù)的差異化需求。

提出IMT-2020系統(tǒng)的8大關(guān)鍵能力指標(biāo)。5G用戶體驗速率可達100Mbps至1Gbps，能夠支持移動虛擬現(xiàn)實等極致業(yè)務(wù)體驗;5G峰值速率可達10至20Gbps，流量密度可達10Mbps/平方米，能夠支持未來千倍以上移動業(yè)務(wù)流量增長;5G連接數(shù)密度可達100萬個/平方公里，能夠有效支持海量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備;5G傳輸時延可達毫秒量級，可滿足車聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)控制的嚴(yán)苛要求;5G能夠支持500公里/小時的移動速度，能夠在高鐵環(huán)境下實現(xiàn)良好的用戶體驗。此外，為了保證對頻譜和能源的有效利用，5G的頻譜效率將比4G提高3～5倍，能效將比4G提升100倍。

3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn)研究即將啟動。國際移動通信標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP(第三代合作伙伴)2015年9月召開了5G研討會，計劃2016年啟動5G標(biāo)準(zhǔn)研究，2018年下半年完成第一階段的5G標(biāo)準(zhǔn)(滿足市場急需的需求)，2019年內(nèi)完成完整的5G標(biāo)準(zhǔn)(第二階段)。5G無線技術(shù)中包括無線新空口，以滿足移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)多種場景的需求。5G第一階段標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)只集中在部分的場景和需求，基于此，5G第一階段的空口標(biāo)準(zhǔn)化必須前向兼容，以確保在第二階段5G標(biāo)準(zhǔn)化空口對于全部5G場景和需求達到最優(yōu)。

2、5G關(guān)鍵技術(shù)研究

回顧移動通信的發(fā)展歷程，每一代移動通信系統(tǒng)均可以用標(biāo)志性能力指標(biāo)和核心關(guān)鍵技術(shù)來定義，其中，1G采用頻分多址(FDMA)，只能提供模擬語音業(yè)務(wù);2G主要采用時分多址(TDMA)，可提供數(shù)字語音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);3G以碼分多址(CDMA)為技術(shù)特征，用戶峰值速率達到2Mbps至數(shù)十Mbps，可以支持多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);4G以正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)為核心，用戶峰值速率可達100Mbps至1Gbps，支持移動寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

5G技術(shù)創(chuàng)新呈現(xiàn)多元化。面對多樣化場景的極端差異化性能需求，當(dāng)前無線技術(shù)創(chuàng)新也呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢，除多種新型多址技術(shù)之外，大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、全頻譜接入、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等也被認(rèn)為是5G重要技術(shù)方向，此外，基于濾波的正交頻分復(fù)用(F-OFDM)、濾波器組多載波(FBMC)、全雙工、靈活雙工、終端直通(D2D)、信道編碼、網(wǎng)絡(luò)編碼、極化碼等也被認(rèn)為是5G重要的無線關(guān)鍵技術(shù)。

5G算法大賽針對主流5G關(guān)鍵技術(shù)。本次5G算法大賽正是針對其中的SCMA多址技術(shù)、polar編碼、基于濾波的正交頻分復(fù)用(F-OFDM)等重要5G關(guān)鍵技術(shù)來開展算法設(shè)計。這些5G技術(shù)逐步被全球產(chǎn)業(yè)界所共識，其中SCMA多址技術(shù)、polar碼更加適合解決多樣化的物聯(lián)網(wǎng)場景。F-OFDM是構(gòu)建統(tǒng)一無線新空口滿足多種場景的使能技術(shù)。5G應(yīng)盡可能基于統(tǒng)一的技術(shù)框架進行設(shè)計。針對不同場景的技術(shù)需求，通過關(guān)鍵技術(shù)和參數(shù)的靈活配置形成相應(yīng)的優(yōu)化技術(shù)方案。

3、5G算法大賽打造創(chuàng)新鏈

我國在無線移動通信(3G/4G)TD創(chuàng)新探索實現(xiàn)了“兩鏈一體系”,即構(gòu)建包括技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、研發(fā)、試驗和應(yīng)用的創(chuàng)新鏈，打造包括系統(tǒng)、芯片、終端、元器件、儀表等完整產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)了“企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合”的創(chuàng)新體系。為積極開展前沿性技術(shù)研究，充分發(fā)揮高校作為創(chuàng)新源頭的作用。

5G算法大賽是打造創(chuàng)新鏈的很好典范。高校擅長于新技術(shù)的算法研究工作，本次算法大賽要求在以往高校學(xué)生進行算法仿真的基礎(chǔ)上，增加了算法與FPGA的結(jié)合，充分驗證算法的可實現(xiàn)性及全面性能。一是增強學(xué)生創(chuàng)新能力，這次大賽使得象牙塔中的高校學(xué)生能夠與技術(shù)產(chǎn)業(yè)研發(fā)工作相銜接，其研究方法及工程實踐能力進一步提升。在未來算法設(shè)計等工作中，能夠充分考慮到后續(xù)產(chǎn)品實現(xiàn)的問題。二是體現(xiàn)5G新技術(shù)產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)，本次算法大賽在5G研發(fā)初始階段，并得到了全球產(chǎn)業(yè)界多個著名廠家的贊助，在研究方向上得到了產(chǎn)業(yè)界的牽引，使得高校的研究聚焦于產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展方向，預(yù)期會有很好的產(chǎn)出。本次5G算法大賽將為全球5G技術(shù)發(fā)展起到積極推動作用，高校優(yōu)秀人才的脫穎而出將是其最大的成果。我們期待著!