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高通中國區研發負責人徐晧:5G作為通用技術將驅動創新與增長
2019-04-30 14:48:28 來源: 人民郵電報
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  每一個新生事物在誕生之時都伴隨著質疑聲,5G也不例外。盡管5G被産業主流認為是大勢所趨,全球多國都在緊鑼密鼓加快部署,但最近業界也出現了一些不同的聲音。對于5G的技術創新和産業前景,《人民郵電》報記者獨家專訪了高通中國區研發負責人徐晧,他明確表示,5G作為新一代移動通信技術,其在設計之初從整體架構和技術理念上就與前幾代移動通信不同。5G最重要的設計理念並不體現在某一個具體技術上,而是在于其全盤考慮了垂直行業和個人消費的需求,對廣闊頻譜的支持(包括低頻和毫米波的融合),不同時延和可靠性的支持(尤其是超低時延和高可靠性),靈活的網絡覆蓋和傳輸速率的配置,以及4G的傳承和未來演進中的前向兼容。5G的發展和應用要著眼更大的格局來規劃與其他行業的融合,比如進一步促進汽車、工業制造和人工智能等領域的技術飛躍。所以5G是面向未來創新的統一連接架構,是一種可以為眾多行業提供基礎支持的通用技術。

  5G是傳承與獨創相結合的技術架構

  作為新一代移動通信技術,5G不可避免被拿來與4G對比,在技術層面,5G有哪些重大進步?對此,徐晧表示:“5G考慮了很多4G發展中的瓶頸問題,從設計的第一天就把這些問題放在一個網絡架構中進行整體規劃。但這並不意味著5G要將每一個4G技術都推翻,而是一個綜合性的、非常靈活的架構,讓每一種技術各展所長。”他進一步解釋説,在物理層,毫米波技術、編碼技術、靈活的幀結構、多天線波束管理靈活的帶寬配置、前向兼容的構架、高可靠低時延技術等方面都有5G特有的新技術;在網絡架構層面,網絡切片可以實現帶寬資源按需分配和對垂直領域更有效的支持,基于SDN和NFV的網絡架構可以讓網絡構建和擴展更靈活,QoS可以精細到每一個數據流從而實現更多的商業價值。這些都是5G技術創新的例子。

  毫米波移動通信是5G的全新技術。在低頻頻譜稀缺的今天,毫米波最大的優勢是大帶寬,以及大帶寬支持的高速率。相比6GHz以下的幾百MHz的頻譜,在毫米波段可以有幾個GHz的可用頻譜,從而可以大大提升用戶的峰值速率。

  MIMO是4G的關鍵技術之一,在5G中繼續被採用並有了很大的增強。雖然5G天線端口仍是32個,這和4G別無二致,但是5G MIMO最重要的突破並不是物理數字上的增加,而是對毫米波及與其相關的波束成形技術的支持,包括基于多波束的初始接入和移動性管理。毫米波是大勢所趨,但其面臨信道衰減的挑戰,需要先進的波束成形技術。徐晧表示,5G MIMO可以在初始接入的時候就進行波束成形,此外還可以在波束掃描失敗時,快速實現波束故障恢復,這都是4G不具備的新技術。

  “5G編碼則採用了全新的體係。”徐晧表示,“在5G的控制信道和數據信道方面,5G的Polar碼和LDPC碼分別取代了4G的TBCC碼和Turbo碼。比如當終端處于高吞吐量時,LDPC碼可以做高效的並行譯碼處理,達到比Turbo碼更好的性能。”

  BWP也是5G特有的技術之一。徐晧解釋説,5G可以支持的最大帶寬高達400MHz,是4G的20倍,一方面終端需要大帶寬來提高速率,另一方面當終端不需要高速傳輸時可以用窄帶寬來減少功耗,5G採用BWP的技術動態地調整終端的工作帶寬以達到最有效的速率和功耗的折中。比如一個設備只需10MHz的帶寬,網絡側就只為其打開10MHz帶寬。BWP可以同時為不同用戶提供其所需要的不同帶寬,支持很寬或很窄的帶寬需求,讓網絡的靈活性大大提升。

  同樣提升網絡靈活性的還有5G的幀結構和5G HARQ的設計。在時域上,可以靈活地調整每幀的長短以及HARQ的快慢,在頻域上可以調整子載波的寬度。這就意味著,5G的物理層可以在一個統一的架構下支持不同帶寬和時延需求。

  當然,這並不意味著4G技術被完全取代。徐晧舉例,在多址接入方面,全球多家企業向3GPP提出20多種方案,採用其中哪一種、是否有必要進行統一,目前尚無定論。所以,5G多址技術幾乎和4G一樣。他特別強調:“由此可見,5G並不是要推翻4G的每一項技術,需要且適用的技術可以延續,我們不能因為某一個技術不是5G獨創而否定5G的必要性。”

  説到延續性,就必須提到5G的前向兼容。“4G的每一個時間都在傳輸信號,新的信號進入總會産生一些幹擾,但5G有些時域和頻域是空白的,可以傳送5G信號,也可以傳送其他信號,這將提升其靈活性。”徐晧比喻説,“就像在一本書裏放一些空白的插頁,隨時可以把這些插頁進行更換,永遠可以在裏面添加新章節。”

  除了物理層,5G在網絡構架上也有很多創新,讓其比4G更靈活、更易優化。網絡切片就是其中的典型,徐晧介紹,不同的行業、企業、應用都可以根據自己的需求選擇一個“切片”,比如車聯網只需支持定位、導航等相關網絡應用,網絡端會非常清楚這些用戶的需求在何處,從而定向進行優化。“這樣的好處是,行業用戶可以創新出很多商業模式,可以説5G在組網時就帶來了現在難以想象的商業空間。”他還表示,4G網絡面臨增容或減容時,需要通過添加硬件來實現,而5G網絡完全可以通過軟件來定義,讓網絡的構建更靈活。此外,5G用戶面和控制面完全分開,這種“去中心化”的架構,與4G網絡嚴重依賴于網元、層級結構嚴格完全不同,只要按規范,隨時都可以投入和撤出某項網絡功能,而網絡不受影響,大大方便了網絡部署,也為NFV/SDN的引入提供了可能。

  “現在網絡的QoS稍顯粗放,而5G能讓每一個數據流有自己的QoS,為第三方提供每一個數據流的QoS信息,為用戶‘畫像’,其中蘊藏了大量商機。5G網絡也可以向第三方提供更多信息。”他進一步解釋説,“比如一家商場可以根據不同時段和地點用戶使用網絡的情況,來決定採取哪些銷售活動,這類商業模式還有很大的創新空間。”他特別強調,這些信息並非某一個用戶的個人數據,而是統計學上的抽象數據。

  5G毫米波已由“不可能”變為“不可或缺”

  毫米波是5G一項新技術,具有大帶寬和高速率的特點,但是,其覆蓋問題也受到質疑。對此,徐晧表示:“毫米波很重要的一個應用場景是熱點覆蓋,比如在體育館、音樂會這樣的場景中,最大的問題不是覆蓋而是容量,在此情況下毫米波有很大優勢,它能支持大規模用戶同時使用大流量數據。”高通曾經做過一個試驗,在同一場音樂會上,放置16個毫米波節點與放置38個WiFi或者4G節點相比,前者能實現10倍的網絡容量。

  考慮更廣闊的城市應用前景,高通做過一個真實網絡模擬試驗,模擬在美國三藩市網絡的每個LTE基站上都放置一個毫米波基站,數據顯示,仍可實現62%的室外覆蓋,同時與4G相比網絡容量提升5倍。

  那麼,毫米波實現的高峰值速率有必要嗎?“高峰值速率的好處是,用戶可以很快把需要的數據下載完,然後網絡資源可以馬上切換給別的用戶。”徐晧解釋説:“很多時候4G用戶覺得手機慢,並不是峰值速率不夠,而是因為太多的用戶同時在‘搶’網絡資源,如果每次用很短的時間能把傳輸結束,再實現網絡資源的共享,大家的使用體驗都會提升。”

  低時延催生未來海量應用場景

  眾所周知,5G有增強移動寬帶、海量機器類通信、超高可靠低時延三大典型應用場景,但現在也有一些負面的觀點認為超低時延難以實現且並沒有太多實際應用意義。對此,徐晧表示,對5G的物理層或空口層而言,時延越短越好。因為對很多應用而言,物理層是最基礎的支持,就像輸油輸水的管道一樣,容量越大、時延越低,給應用帶來的便利就越多,提供的前景就越廣闊。

  他對比説,第一臺電腦誕生時,內存64K就足夠,後來需求和技術相互催生,容量猛增至現在的GB級。移動通信也是同樣的道理,實際上,我們無法預知移動通信未來的應用需要怎樣的性能和容量。

  事實上,我們眼前能夠看到需要低時延支撐的一些應用。他舉例説,虛擬現實就是一個典型場景,當在戶外使用蜂窩連接虛擬現實終端時,時延對應用的體驗有著非常直接的影響:如果是高時延,幾幀之後用戶就容易頭暈。這就是為什麼前幾年VR類應用前景火爆,但卻無太多應用落地的主要原因之一。

  徐晧坦言,目前在5G低時延方面,産業確實面臨一些挑戰,同時也在探索應對之策。他表示,首先要把物理層做好。“我們已經能夠在很短的時間內發送信息。如果在一毫秒之內能夠實現信息的傳輸和確認,實際上就是已經在物理層把時延降到一毫秒以下,這是很關鍵的一個物理層支持。”

  “做到這點之後,我們會考慮網絡層要達到什麼樣的時延。”他解釋説,“這是一個需求端和技術端互相磨合、共同推動的過程,可能有些需求可以有十毫秒的時延,那麼可以給網絡層或更上層更多時間,只要在這個范圍內傳到就夠了。實際上,並不是所有的應用都需要達到毫秒級的時延,但把每個鏈條上每個節點的時延都縮短以後,從總體上能更好地支持低時延應用。”

  不僅在消費領域,生産領域對低時延也有很大的需求,工業互聯網就是其中之一。“工業互聯網對機械臂的指揮是越快越好,越精確越好,時延越短越好。”徐晧表示,“從技術層面來看,5G標準裏提及的無線以太網,要求無線網要達到有線網的傳輸速率、時延和可靠性,如果能達到這樣的效果,工廠裏的機器人、機械臂都可以擺脫線纜的束縛,這將為工業生産帶來更多的可能。”

  同樣的道理也適用于車聯網。對于自動駕駛而言,信號的傳遞越準確、時延越短越好,徐晧解釋説:“如果低時延無法實現,那麼所有信息的處理可能只能通過在車裏配備強大的人工智能技術來進行,反之,則可能提供更多的解決方案,開拓完全不同的方式去解決,比如回傳至雲端運算處理。”

  “當你只有一個錘子,所有的東西看上去都像釘子。同樣,如果沒有5G低時延,應用只能構建在一般時延的基礎上。但是,當低時延出現時,便提供了一個新的選項,更多的應用或是業務場景也將因此誕生。”徐晧做了一個類比,在4G發展初期,我們無法想象4G移動互聯網會産生那麼多改變生産生活方式的應用。“我們不需要糾結什麼應用需要低時延,而是要將眼光看得更長遠。當我們能提供低時延之後,就能賦能大量需求,開拓廣闊的使用場景,這些需求中的很多是目前我們想象不到的。應用需求和技術能力是相輔相成、互相推動的。”

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【糾錯】 責任編輯: 周靖傑
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