邁向5G時(shí)代：技術(shù)及業(yè)務(wù)需求展望

一、行業(yè)對(duì)5G的期待

近30年來(lái)移動(dòng)通信行業(yè)發(fā)展迅猛，從第一代模擬通信發(fā)展到以頻分為主的數(shù)字語(yǔ)音通信，再發(fā)展到以碼分多址為主的多業(yè)務(wù)3G，現(xiàn)在以O(shè)FDM核心技術(shù)為主的寬帶4G已經(jīng)到來(lái)。回首移動(dòng)通信1—4代的技術(shù)跨越和業(yè)務(wù)變遷，并結(jié)合現(xiàn)在用戶對(duì)移動(dòng)通信的期許，我們對(duì)5G需要解決的問(wèn)題和市場(chǎng)需求進(jìn)行了初步梳理，下面從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、用戶體驗(yàn)、業(yè)務(wù)發(fā)展三個(gè)方面來(lái)簡(jiǎn)要談一下行業(yè)對(duì)未來(lái)5G的期待。

技術(shù)需求

從網(wǎng)絡(luò)需求的角度來(lái)看，大容量、多網(wǎng)融合、IT化/云化/智能化、易于部署和運(yùn)維以及綠色節(jié)能是比較明確的需求。

● 大容量

容量提升是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)永遠(yuǎn)的追求，隨著用戶數(shù)、終端類型、大帶寬業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，業(yè)界預(yù)測(cè)未來(lái)10年移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)容量需求將增加1000倍。

● 多網(wǎng)融合

從移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程來(lái)看，未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò)很難做到一種技術(shù)、一種架構(gòu)全覆蓋，多種技術(shù)融合、多種架構(gòu)融合是必然趨勢(shì)。

● IT化、智能化、云化

未來(lái)移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)將在架構(gòu)上逐步引入IT化、云化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過(guò)軟件可定義的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)同一網(wǎng)元自由適配成各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。另外未來(lái)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的多樣性、復(fù)雜度越來(lái)越高，為了達(dá)到網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)的性能和業(yè)務(wù)適配，網(wǎng)絡(luò)的智能化必不可少。

● 易于部署和運(yùn)維

未來(lái)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將最大限度適應(yīng)各種場(chǎng)景、各種業(yè)務(wù)應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)的多元化、網(wǎng)元的多元化是必然趨勢(shì)，工程、維護(hù)的便捷性是不可或缺的關(guān)鍵要素。

● 綠色節(jié)能

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的能源消耗驚人，業(yè)界現(xiàn)在普遍的觀點(diǎn)是未來(lái)5G的每比特能源消耗至少要比現(xiàn)在降低10倍，終端的電池待機(jī)時(shí)間比現(xiàn)在增加10倍。

用戶體驗(yàn)需求

用戶需求是技術(shù)發(fā)展最直接的驅(qū)動(dòng)力，隨著移動(dòng)寬帶的業(yè)務(wù)發(fā)展，用戶的業(yè)務(wù)需求也越來(lái)越高，具體體現(xiàn)在更高速率、更低的延遲、無(wú)所不在的覆蓋、移動(dòng)性。

● 更高速率

單用戶業(yè)務(wù)速率提升是最為明顯的業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)要素，隨著高清視頻、虛擬辦公、3D虛擬現(xiàn)實(shí)、可佩戴移動(dòng)多媒體設(shè)備的出現(xiàn)，單用戶移動(dòng)業(yè)務(wù)速率將達(dá)到1Gbps，甚至有些場(chǎng)景需要10Gbps速率。

● 低延遲

現(xiàn)在普通的業(yè)務(wù)時(shí)延大約在10~50ms，未來(lái)隨著可靠通信、V2V（Vehicle to Vehicle）等新興業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，普遍要求業(yè)務(wù)時(shí)延小于5ms，對(duì)于車聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)等高要求的場(chǎng)景，甚至要求低于1ms的時(shí)延。

● 無(wú)所不在的覆蓋

未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋應(yīng)該是遍布用戶需要的任何地方，現(xiàn)階段移動(dòng)覆蓋薄弱的一些場(chǎng)景在5G時(shí)代需要全面解決，例如：室內(nèi)覆蓋、邊遠(yuǎn)地區(qū)覆蓋、遠(yuǎn)洋覆蓋等。

● 更好的移動(dòng)性

未來(lái)5G技術(shù)需要解決高達(dá)450km/h的高速移動(dòng)環(huán)境下的通信。另外類似的移動(dòng)自組織基站和快速車聯(lián)網(wǎng)等特殊移動(dòng)性需求也逐漸興起。

業(yè)務(wù)需求

業(yè)務(wù)需求是技術(shù)發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力，隨著移動(dòng)通信的發(fā)展，很多新興業(yè)務(wù)蓬勃發(fā)展，直接驅(qū)動(dòng)了技術(shù)進(jìn)步。

● 海量終端

現(xiàn)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的終端容量在50億左右，未來(lái)5G時(shí)代終端量至少翻10倍，達(dá)到500億以上。未來(lái)可穿戴智能終端、海量物聯(lián)網(wǎng)終端、車聯(lián)網(wǎng)終端以及支持D2D通信的終端將會(huì)成為500億連接的重要組成部分。未來(lái)網(wǎng)絡(luò)需要以最優(yōu)的方案來(lái)支撐海量的終端鏈接。

● 業(yè)務(wù)多元化

未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)多業(yè)務(wù)融合匯集的大平臺(tái)，多元的業(yè)務(wù)帶來(lái)業(yè)務(wù)模型的復(fù)雜，有些業(yè)務(wù)要求超高帶寬、有些業(yè)務(wù)關(guān)注實(shí)時(shí)到達(dá)、有些僅僅是海量小數(shù)據(jù)應(yīng)用、有些是緊急災(zāi)難應(yīng)急。這么多性能要求不一的業(yè)務(wù)需要未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)來(lái)承載，怎么樣來(lái)滿足多元化的業(yè)務(wù)需求是業(yè)界面臨的重要課題。

總體來(lái)看，未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)需要支持更高的速度、更低的時(shí)延、更多的業(yè)務(wù)、海量的終端、能夠覆蓋到有需求的任何地方，是一個(gè)融合現(xiàn)在所有無(wú)線技術(shù)，容量、性能按需分配，高度智能化的綜合接入網(wǎng)絡(luò)。

二、中興通訊對(duì)5G研究的認(rèn)識(shí)

現(xiàn)在業(yè)界對(duì)5G研究還處于起步階段，關(guān)注的焦點(diǎn)以未來(lái)5G用戶需求、場(chǎng)景分析和可能的技術(shù)發(fā)展方向?yàn)橹?。總體來(lái)看，未來(lái)5G關(guān)注點(diǎn)集中在大容量（1000倍容量）、低時(shí)延（時(shí)延小于5ms）以及多業(yè)務(wù)支持上，其中尤其是1000倍容量提升最受業(yè)界關(guān)注。

5G的主要研究方向

中興通訊對(duì)上述問(wèn)題都進(jìn)行了跟蹤研究并逐步形成了一些觀點(diǎn)和看法，下面對(duì)幾個(gè)核心方向進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。

● 更多頻譜

未來(lái)5G首先需要解決的是頻譜資源的問(wèn)題，從現(xiàn)在全球頻譜資源分部情況來(lái)看，5G主要課題是優(yōu)化利用好現(xiàn)有頻譜資源和做好擴(kuò)展新頻譜規(guī)劃2個(gè)方向。

現(xiàn)有頻譜優(yōu)化利用的方向主要是繼續(xù)把頻譜聚合技術(shù)發(fā)展好，靈活的頻譜聚合技術(shù)根據(jù)業(yè)務(wù)需要來(lái)聚合不同的頻譜帶寬，最大化利用現(xiàn)有資源。

從擴(kuò)展新頻譜資源的角度來(lái)看，3.5GHz以下的空白頻譜已經(jīng)非常稀有，未來(lái)5G頻譜必然需要向更高頻段進(jìn)行擴(kuò)展，5G~50GHz的高頻段可能是未來(lái)5G頻譜擴(kuò)展的方向。

● 更多有效空口通道，更高的頻譜效率

提升頻譜利用率可以在以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究和突破：調(diào)制解調(diào)和編碼方式、干擾消除技術(shù)、空分技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻譜復(fù)用、自動(dòng)空口適配。

● 超密組網(wǎng)Dense Cell

對(duì)于未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)，我們認(rèn)為超密集的微小集中覆蓋是大勢(shì)所趨，未來(lái)超密站可能每個(gè)站只覆蓋幾米距離，無(wú)線backhaul實(shí)現(xiàn)自組織組網(wǎng)，超智能的SON功能實(shí)現(xiàn)微微站即插即用和網(wǎng)絡(luò)自規(guī)劃，宏微、微微自協(xié)同來(lái)提升網(wǎng)絡(luò)性能。隨著微微站的密度越來(lái)越高，單獨(dú)為微微站分配獨(dú)立高頻點(diǎn)、宏站采取單獨(dú)的控制信道瘦載波方式及超級(jí)虛擬virtual cell等會(huì)是未來(lái)重要的發(fā)展方向。

中興通訊5G展望

對(duì)于未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)，中興通訊認(rèn)為演進(jìn)大于革命，后4G發(fā)展都可以納入為5G研究范疇，未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，更多關(guān)注技術(shù)融合和用戶體驗(yàn)，并不斷借鑒和吸納IEEE無(wú)線接入技術(shù)、IT技術(shù)等成果，真正實(shí)現(xiàn)智能融合的ICT移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)大平臺(tái)的理念。

從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看，我們認(rèn)為Cloud NF網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)云化、Cloud Radio協(xié)同組網(wǎng)和SDA多業(yè)務(wù)空口自適配會(huì)是未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主線。其中網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)云化是以NFV（Network Function Virtualization）方式云化核心網(wǎng)和控制器等網(wǎng)元，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元硬件系統(tǒng)統(tǒng)一和功能軟件化；針對(duì)未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò)跟現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一和融合，中興通訊超前的Cloud Radio解決方案支持移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向未來(lái)5G演進(jìn)，方案支持各種組網(wǎng)架構(gòu)、支持集中和分布式協(xié)同處理；針對(duì)未來(lái)5G可能需要為了支持多種不同特性的業(yè)務(wù)進(jìn)行空口改進(jìn)，中興通訊率先提出軟件定義空口的SDA理念，該方案可以實(shí)現(xiàn)多種不同特性業(yè)務(wù)的空口自適配，以方便一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、一套網(wǎng)元來(lái)支持未來(lái)多樣業(yè)務(wù)最優(yōu)適配的要求。

中興通訊打破原有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元設(shè)備的界限，依托統(tǒng)一的面向電信的云平臺(tái)，重新定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提出無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)整體演進(jìn)為3朵云：Cloud NF（Network Function)、Cloud Radio、Cloud Service，同時(shí)滿足2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)需求，并滿足未來(lái)5G演進(jìn)需求（見(jiàn)圖1）。

● Cloud NF

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)功能云Cloud NF基于NFV整合了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)核心網(wǎng)、控制器以及基于信令的集中干擾抑制功能，利用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟硬件架構(gòu)分離，使得整個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元功能形成一個(gè)有機(jī)整體，同時(shí)應(yīng)用SDN理念，將核心網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)分離，有效提升了轉(zhuǎn)發(fā)效率。Cloud NF架構(gòu)提供了高效部署2G/3G/4G多制式多層網(wǎng)絡(luò)的解決方案，完美地匹配了現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)與未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的需求。

● Cloud Radio

Cloud Radio無(wú)線創(chuàng)新解決方案能夠根據(jù)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)屬性和移動(dòng)承載條件智能優(yōu)選協(xié)同模式，可有效抑制無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)中的小區(qū)間干擾，極大提升無(wú)線網(wǎng)絡(luò)性能尤其是小區(qū)邊緣的網(wǎng)絡(luò)性能。

Cloud Radio是迄今為止移動(dòng)通信領(lǐng)域概念最前沿、技術(shù)最完善的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)性能加速方案，可以打破傳統(tǒng)有線承載網(wǎng)絡(luò)適配無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)要求的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)“有線”和“無(wú)線”帶寬的靈活置換，以最低的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)成本，為運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)顯著的網(wǎng)絡(luò)性能提升，是4G時(shí)代移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商最佳的選擇。

近期的外場(chǎng)測(cè)試進(jìn)一步證實(shí)Cloud Radio可以基于4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和當(dāng)前的主流IP承載網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)超越4G的接入性能，是運(yùn)營(yíng)商邁向5G的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。Cloud Radio的核心理念和核心技術(shù)同樣適用于5G階段超密網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以及為特定業(yè)務(wù)定制的高效空口標(biāo)準(zhǔn)，我們堅(jiān)信Cloud Radio創(chuàng)新的干擾抑制機(jī)制和彈性、動(dòng)態(tài)云協(xié)同理念會(huì)在5G階段發(fā)揮更大的作用。

軟空口

5G的定位是多樣的，首先要滿足2020年以后上千位數(shù)據(jù)流量的增長(zhǎng)需求，其次要適應(yīng)多樣化的場(chǎng)景，如大量小基站、M2M、MTC、backhaul等。這些場(chǎng)景與宏覆蓋場(chǎng)景有很大的區(qū)別，單一的無(wú)線接入技術(shù)難以同時(shí)滿足以上多樣化的需求。5G接入技術(shù)不僅包含已有的3G和4G技術(shù)，還應(yīng)該包含為特定業(yè)務(wù)類型定制的高效空中接口技術(shù)。

中興通訊早在2009年就提出了軟空口的理念，即接入側(cè)采用統(tǒng)一的硬件架構(gòu)，基于整體框架規(guī)劃，通過(guò)軟件編程，更改參數(shù)，實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同場(chǎng)景的特定空口。軟空口技術(shù)既可支持成熟的2G、3G或4G接入技術(shù)，也支持向5G的演進(jìn)。比如局域高速數(shù)據(jù)通信場(chǎng)景、LTE-HI、各種Backhaul應(yīng)用場(chǎng)景、不同頻段應(yīng)用，以及支持海量低速率終端接入的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景等等，可以在統(tǒng)一的軟空口架構(gòu)下通過(guò)修改參數(shù)實(shí)現(xiàn)。

中興通訊5G研究進(jìn)展

● 超寬帶射頻實(shí)現(xiàn)新突破

超寬帶射頻是移動(dòng)通信發(fā)展的重要方向，中興通訊現(xiàn)已成功推出跨頻帶的超寬射頻RRU單元，現(xiàn)在一個(gè)射頻單元即可支持超過(guò)360MHz的有效帶寬，DD~900MHz和1.8Ghz~2.1GHz的寬頻UBR已經(jīng)研制成功。未來(lái)能夠支持有效頻寬1GHz以上的射頻RU單元正在研發(fā)中。

● 多模軟基帶芯片已經(jīng)完成,正在開(kāi)展SDA相關(guān)技術(shù)研究

中興通訊現(xiàn)已成功推出自研的軟基帶芯片，該軟基帶芯片在設(shè)計(jì)之初就考慮了對(duì)軟空口方案的支持，當(dāng)前的芯片已經(jīng)支持部分空口參數(shù)的靈活配置能力，未來(lái)既可以支持軟空口FDD方式，也可以支持軟空口TDD方式，且軟空口部分既支持基站側(cè)，也支持UE側(cè)，既支持宏站模式，也支持小站模式，從而為5G軟空口理念的實(shí)施打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

● Cloud Radio方案成功商用

中興通訊創(chuàng)新的Cloud Radio方案已經(jīng)成功在中國(guó)移動(dòng)進(jìn)行規(guī)模商用，方案網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性、性能提升能力表現(xiàn)卓越。Cloud Radio解決方案可以適配后4G以及未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)需要，中興通訊將持續(xù)推進(jìn)Cloud Radio解決方案演進(jìn)。

● Cloud NF成功推出

中興通訊現(xiàn)已成功推出Cloud NF原型機(jī)，實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件平臺(tái)的解耦，可以采用通用服務(wù)器COTS，在功能上實(shí)現(xiàn)了2G、3G、4G的容量在控制器和EPC之間的遷移，以及自動(dòng)運(yùn)維和節(jié)能降耗等功能。

小結(jié)

我們認(rèn)為未來(lái)的5G可能不再像以往一樣以一個(gè)全新的跨代性的技術(shù)做為區(qū)分點(diǎn)，5G研究將以關(guān)注用戶需求和方案的場(chǎng)景適配為出發(fā)點(diǎn)，它將是一個(gè)多種無(wú)線技術(shù)融合的智能化網(wǎng)絡(luò)，可自動(dòng)根據(jù)用戶和業(yè)務(wù)需求進(jìn)行場(chǎng)景定義和業(yè)務(wù)適配。

中興通訊針對(duì)未來(lái)5G發(fā)展提出網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)云化、Cloud Radio協(xié)同組網(wǎng)和SDA多業(yè)務(wù)空口自適配的技術(shù)理念。未來(lái)5G是個(gè)開(kāi)放的生態(tài)系統(tǒng)，它必將為我們的生活帶來(lái)多彩的體驗(yàn)。中興通訊正在和產(chǎn)業(yè)界多方緊密合作，共同為未來(lái)5G發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

■ 柏鋼

博士，中興通訊首席架構(gòu)師，5G產(chǎn)品總經(jīng)理；具有10多年的電信行業(yè)從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線接入網(wǎng)架構(gòu)演進(jìn)和產(chǎn)品規(guī)劃、5G技術(shù)研究。