5G架構(gòu)、技術(shù)與發(fā)展方式探析

堅(jiān)守5G物理層創(chuàng)新

　　展訊通信5G研發(fā)高級(jí)總監(jiān)潘振崗稱，四年前，幾個(gè)學(xué)術(shù)界大牛撰寫過一篇非常著名的文章，對(duì)無線通信的物理層技術(shù)進(jìn)行了一次自我拷問: “Is the phy layer dead?” 雖然文章的結(jié)論還是比較正面的。但這個(gè)自我拷問的出現(xiàn)就已經(jīng)表明無線通信界對(duì)物理層技術(shù)繼續(xù)往前發(fā)展的一種悲觀氣氛。因?yàn)槲锢韺拥募夹g(shù)在高速發(fā)展過程中，未來給我們的空間是有限的。這從業(yè)界的動(dòng)態(tài)也有所體現(xiàn)，在這個(gè)領(lǐng)域的研究人員越來越少。原因如下。

　　1.在前幾代相對(duì)單一的需求和評(píng)估準(zhǔn)則下，我們的物理層技術(shù)看上去離理論極限已經(jīng)很近。大家很難接受花幾倍甚至更多的復(fù)雜度去爭(zhēng)取0.xdB BER/BLER性能的提高。

　　然而5G的情況發(fā)生根本的變化。

　　一方面需求變得非常多樣化，除了傳統(tǒng)移動(dòng)寬帶，更多的需求來自垂直行業(yè)的物聯(lián)需求，以至于現(xiàn)在IMT-2020已經(jīng)不能使用單一雷達(dá)圖來表達(dá)5GKPI，需要在此基礎(chǔ)上定義幾個(gè)子集來表示。評(píng)估準(zhǔn)則發(fā)生了變化，也就出現(xiàn)了對(duì)Shannon公式的再解釋，綠色通信理論的出現(xiàn)等，拓展了新的理論空間。另外，業(yè)務(wù)狀況：SN小包業(yè)務(wù)，物聯(lián)網(wǎng)突發(fā)規(guī)則/非規(guī)則業(yè)務(wù)等。

　　另一方面，可利用的資源/條件不一樣了。過去多年無線通信的發(fā)展已經(jīng)把無線頻譜的優(yōu)質(zhì)資源都用的差不多了。未來我們需要：1)開墾蠻荒地帶如高頻段。 2)充分利用邊角料如Gap band;因此物理層的技術(shù)有了新的用武之地。

　　2.物理層的研究對(duì)人員的要求非常高。知識(shí)技能要求多：最優(yōu)化理論、概率論與隨機(jī)過程、統(tǒng)計(jì)估計(jì)理論、代數(shù)、多項(xiàng)式、矩陣/線性代數(shù)、實(shí)分析/復(fù)分析、微積分、微分幾何等。很多知識(shí)都是非常抽象的，對(duì)這些知識(shí)的把握，需要一個(gè)人能夠忍受孤獨(dú)，去靜思，去理解，去長(zhǎng)期一點(diǎn)一滴地積累。這好像跟我們現(xiàn)在各類互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的敏捷開發(fā)、快速迭代是截然不同的兩個(gè)世界。

　　其實(shí)不僅是物理層技術(shù)，整個(gè)通信系統(tǒng)越來越成為一個(gè)幕后英雄了。大家可以看到現(xiàn)在的智能手機(jī)評(píng)測(cè)，看CPU的處理速度，看GPU的能力，看屏幕的分辨率，看音質(zhì)，…。好像跟通信沒有關(guān)系了。仿佛回到十多年前，各種電腦雜志對(duì)臺(tái)式機(jī)/筆記本、對(duì)最新一代的CPU、顯卡的評(píng)測(cè)一樣。

　　我希望未來對(duì)手機(jī)的評(píng)測(cè)中(注：當(dāng)然，未來的終端是不是還是以“手機(jī)”這個(gè)形態(tài)存在還值得探討)，可以看到在戈壁灘上的信號(hào)還很好，大型演出會(huì)現(xiàn)場(chǎng)也可以，高鐵/飛機(jī)上可以，能隨時(shí)連接家里的各種傳感器/攝像頭，以了解家里的情況，等等。這些才是體現(xiàn)移動(dòng)通信本質(zhì)的。

　　因此，無論你今天預(yù)測(cè)了如何新奇的各類5G應(yīng)用，無線通信是根本。

　　展訊是隨著中國(guó)的通信標(biāo)準(zhǔn)自主戰(zhàn)略一起成長(zhǎng)起來的公司，見證、也全程參與了中國(guó)的通信標(biāo)準(zhǔn)從空白到跟隨、到并進(jìn)的過程;產(chǎn)業(yè)上，也全力支撐了中國(guó)的TD標(biāo)準(zhǔn)走向成熟，并為世界所接受的歷程。未來，展訊將繼續(xù)在中國(guó)5G標(biāo)準(zhǔn)化過程中實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)而貢獻(xiàn)自己的力量。

　　展訊已經(jīng)成立了專門的5G研發(fā)團(tuán)隊(duì)，在北京、上海、芬蘭，在核心技術(shù)、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)方案都進(jìn)行了精心的布點(diǎn)。專利戰(zhàn)略、標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)、技術(shù)原型驗(yàn)證都制定了詳細(xì)的里程碑計(jì)劃。目標(biāo)是成為5G時(shí)代tier 1的終端芯片提供商。

5G物理層空間很大

　　浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院教授張朝陽(yáng)稱，所謂物理層傳輸技術(shù)在提升容量上的空間不大，主要是因?yàn)椴煌幋a調(diào)制技術(shù)離香農(nóng)界限很近了，這是指在物理層編碼調(diào)制方面，新的技術(shù)帶來的增益不大，但是這些新的5G技術(shù)有一些特殊的特點(diǎn)。這些新的特點(diǎn)不僅僅是為了提升容量和速率所需要的，這些特點(diǎn)是為了支持5G未來大規(guī)模接入等等一些新需求所必需的。

　　為什么要做物理層新的空口?為什么要做新的傳輸體制?是因?yàn)槌巳萘亢退俣戎?，還有一些特殊的要求，比如大規(guī)模接入、低時(shí)延，這些在過去和現(xiàn)有的傳輸體制里面是無法解決的，所以實(shí)際上不是5G物理層的空間不大，恰恰相反是空間很大。因?yàn)?G、2G、3G、4G中，目前還沒有一個(gè)物理層體制能夠真正支持大規(guī)模的接入和互聯(lián)。未來剛好也是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，現(xiàn)有體制是無法支撐的，所以這就是5G為什么在很大程度上被視作革命性的技術(shù)，相對(duì)2G和3G、4G來說改變是很大的。所以，所謂空間不大是指一些物理層傳輸技術(shù)在傳輸速率方面提升空間不大，但是在其他方面空間還是很大的，而且是必須要的，如果沒有這些技術(shù)很多新的應(yīng)用需求是無法支撐的。

產(chǎn)學(xué)聯(lián)合，用FPGA共創(chuàng)5G未來

　　Altera公司副總裁兼通信業(yè)務(wù)總經(jīng)理Francis Chow稱，5G可將數(shù)據(jù)速率提升千倍，所連接的設(shè)備也將增加成百上千倍。要真正實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)，我們必須解決很多技術(shù)上和商業(yè)上的挑戰(zhàn)。僅僅靠半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)解決不了這些挑戰(zhàn)。因此，我們必須充分挖掘同學(xué)們的天賦和潛力。這就是我們聯(lián)合西安電子科技大學(xué)、友晶舉辦2015年首次5G大賽的原因。這次競(jìng)賽，共有來自76所大學(xué)的184個(gè)團(tuán)隊(duì)參加大賽，最后30個(gè)團(tuán)隊(duì)用不到7個(gè)月的時(shí)間，基于Altera的FPGA平臺(tái)完成了整個(gè)系統(tǒng)的部署，結(jié)果非常出色。

　　關(guān)于這次大賽，西南交通大學(xué)范平志教授稱：大賽分為兩個(gè)階段，初賽和決賽。初賽側(cè)重對(duì)算法的考察，大賽組委會(huì)提供了一套算法的基礎(chǔ)方案，看同學(xué)們是否能夠仿真設(shè)計(jì)出來。復(fù)賽側(cè)重在硬件實(shí)現(xiàn)。評(píng)選是綜合性的，首先看最基本的鏈路功能是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn);另外就要看學(xué)生們實(shí)現(xiàn)的性能及優(yōu)化創(chuàng)新的地方。比如說我負(fù)責(zé)的SCMA組，一些團(tuán)隊(duì)提出了跟參考方案不一樣的更具新穎性的低復(fù)雜度譯碼算法，通過仿真驗(yàn)證了其可行性，并在硬件上實(shí)現(xiàn)出來。Altera這個(gè)板子總體反映應(yīng)用不錯(cuò)非常給力，有團(tuán)隊(duì)在做完了算法鏈路的基礎(chǔ)上，還用視頻數(shù)據(jù)看看傳輸效果，帶來更加直觀的演示。

　　Francis Chow在談到FPGA作用時(shí)稱，長(zhǎng)期以來，F(xiàn)PGA一直在為通信系統(tǒng)架構(gòu)做出卓越的貢獻(xiàn)。例如，今天如果你拿起電話跟你海外的朋友通話，你的電話有95%以上的可能性是通過Altera的FPGA實(shí)現(xiàn)的。FPGA具有極大的靈活性并可驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新。我們希望我們的FPGA能夠像過去一樣為未來的5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。(注：本文內(nèi)容節(jié)選自“第一屆5G算法創(chuàng)新大賽”頒獎(jiǎng)典禮上的發(fā)言。)

參考文獻(xiàn)：

　　[1]王瑩.5G標(biāo)準(zhǔn)未行，算法等研發(fā)已開始預(yù)熱.電子產(chǎn)品世界,2015(7):27-30

　　[2]張晨光.展訊已經(jīng)開始做5G研發(fā).電子產(chǎn)品世界,2015(7):26

　　[3]蘇寒松,錢鑫,朱世兵,等.LTE系統(tǒng)中宏小區(qū)與femtocell的切換方法.電子產(chǎn)品世界,2014(6):33-36

本文來源于中國(guó)科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第1期第14頁(yè)，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。