耿曉軍

摘 要：在2017年12月舉辦的“前沿技術(shù)領(lǐng)域科學(xué)家高峰對話”分論壇上，中國工程院院士、中國互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會理事長鄔賀銓表示：5G已經(jīng)向我們走來，中國的規(guī)劃是2020年至少5G要啟動商用。

關(guān)鍵詞：5G；啟動商用

5G已經(jīng)向我們走來，到2020年，中國規(guī)劃至少5G要啟動商用。從1G到4G主要是面向個人的通信，5G擴大到產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和社會城市應(yīng)用，主要有三大應(yīng)用場景：增強移動寬帶；超可靠低時延；支撐移動互聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

怎樣做到5G速率提升？通信中有一個香農(nóng)定理：整個移動網(wǎng)絡(luò)的容量和用戶帶寬、天線數(shù)及基站有關(guān)。一年來，移動通信容量得到了提升，靠物理層面技術(shù)改進(jìn)提升了5倍。更多的提升依靠小區(qū)分裂，即把蜂窩做得越來越少，提升了1 600倍。一般城市的蜂窩半徑約300 m，隨著小區(qū)數(shù)量的增加，整個網(wǎng)絡(luò)容量得到了提升。所以5G無線接口的技術(shù)是四大方向：在物理層，增加可以接入的頻率，甚至可以拓展到毫米波，增加帶寬；基站使用大規(guī)模天線，增加天線數(shù)量；小區(qū)分裂，把小區(qū)越小，同時，這也需要強大的計算能力支撐，若小區(qū)過小，互相之間有干擾，則選址很難；功率加大后，運營成本提高，可以使用分層異構(gòu)組網(wǎng)。若微基站功率較低，則半徑較小，用以支持大帶寬的需求應(yīng)用時，實際上是一種挑戰(zhàn)。高速移動用戶移動使用時，在較短時間內(nèi)要躍過較多基站，切換頻繁，影響體驗。另外，若互相靠得過近，干擾過大，則需要較強的協(xié)調(diào)能力。

未來，控制面和數(shù)據(jù)面分離?？刂泼媸切帕?，即使開車在眾多小基站中穿來穿去沒有切換，信令不夠，也只需切換用戶數(shù)據(jù)。另外，若小區(qū)分得較多，則不能靠小區(qū)獨立管理，而需要分群，所以未來會出現(xiàn)無定型小區(qū)。例如，某移動用戶的上、下型用戶數(shù)據(jù)走微基站，對于傳統(tǒng)的移動通信，信令、上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)都在同一個蜂窩小區(qū)；而對于5G，信令和用戶數(shù)據(jù)不同，且上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)的走線也不同，這就需要更好的適配能力，實現(xiàn)控制面和用戶面的分離。信令的控制是大網(wǎng)，用戶數(shù)據(jù)是小網(wǎng)，上、下行分離，打出去的電話、上網(wǎng)的數(shù)據(jù)和接收到的數(shù)據(jù)走的并不一定是一條路，而是選擇最優(yōu)化的一條。判斷指揮協(xié)調(diào)也需要強大的計算能力，未來整個移動通信需要用到云，在接入端負(fù)責(zé)幾個微基站的協(xié)調(diào)。其中，有轉(zhuǎn)發(fā)云，用于實現(xiàn)各種轉(zhuǎn)碼；也有控制云，用于在整個控制面實現(xiàn)資源的調(diào)配。

5G的出現(xiàn)并不會導(dǎo)致4G、3G甚至2G消失，WiFi也會同樣存在。實際上，我們所面臨的只是異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，如果要在網(wǎng)絡(luò)中恰當(dāng)?shù)乩每刂企w系資源，那么整個網(wǎng)絡(luò)體系的優(yōu)化必不可少。云計算的應(yīng)用有很多，我們的目的是利用云計算完成集約型控制。如今面臨的問題是：一些高速的寬帶的業(yè)務(wù)都需要用到云，需要占用干線網(wǎng)的資源，而且上到云需要時延，不適用于虛擬現(xiàn)實增強，而遠(yuǎn)程醫(yī)療等都需求較快的響應(yīng)，所以云并不是普適的方式。IBM提出了物計算，使云計算能力略有下沉，5G的出現(xiàn)將之進(jìn)一步下沉。英文移動邊緣計算被稱為霾計算，是一種原有基站沒有的比霧更厲害的計算能力，未來5G基站需要有這種計算能力。

例如，北京晚上打電話較多，整個移動蜂窩存在潮汐效應(yīng)，忙閑不均，每個蜂窩是無限的，需要集中處理，這種處理方式叫做吸鏈（音），“吸”是合作的集中的資源利用。以往的移動通信從2G到3G都是多層次的。當(dāng)發(fā)展到4G時，為了簡化，上升到1PC，形成了增強的演進(jìn)分組核心。后期為了集中處理基站，分出BBU。5G需要進(jìn)一步細(xì)分，保留遠(yuǎn)端視頻模塊。基站處理分為分布單元和集中單元，分布單元落于小基站，而集中單元屬于多個小基站共享。移動通信的架構(gòu)在不斷地變化，引領(lǐng)著整個體系的發(fā)展。

可以看到，移動通信本身通過傳輸系統(tǒng)無限接口到整個交換機，我們稱之為回傳，5G和4G有同步的時延等嚴(yán)格要求。

通過多天線可以提升容量。移動通信本身不需要單向傳播，根據(jù)多徑傳播，通過多天線可以了解時延情況。在基站對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將干擾變成有用信號。原本多天線服務(wù)一個用戶，而對于5G多天線，一根天線服務(wù)用戶，5G商用試驗采用128根，未來一個基站采用256根。理論上這些天線之間只要互相沒有干擾均可以實現(xiàn)容量成比例的增長。

另外，5G有高速寬帶業(yè)務(wù)，也有大連接的傳感器業(yè)務(wù)，更有對時延要求較嚴(yán)格的業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)的需求不同，如何使網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)業(yè)務(wù)需求？答案是用切片。物理上相同，邏輯上根據(jù)不同的業(yè)務(wù)調(diào)配不同的資源，滿足不同業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的要求，我們稱之為網(wǎng)絡(luò)軟件化。例如，要增強移動寬帶，有大連接、低時延或其他業(yè)務(wù)，網(wǎng)上本為一條路，不分業(yè)務(wù)的類型，如果需要分離出來，那么不同的業(yè)務(wù)走不同的路徑，以實現(xiàn)資源的優(yōu)化，利于針對性地提供有質(zhì)量的保證服務(wù)。

傳統(tǒng)的路由器有節(jié)點控制功能和轉(zhuǎn)發(fā)功能，根據(jù)對等路徑優(yōu)先查出路徑，不考慮傳網(wǎng)的優(yōu)化。隨著大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，流量的分布是不確定的，所以希望通過軟件定義網(wǎng)絡(luò)將節(jié)點和應(yīng)用層抽離出來，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的集中控制，將無連接的業(yè)務(wù)按照連接來控制，針對全局進(jìn)行優(yōu)化。

以往的網(wǎng)絡(luò)交換機和路由器都采用專用硬件、專用軟件，網(wǎng)關(guān)也是如此。如今底部硬件與以往相同，只是軟件有所不同，將其稱為軟件NFV虛擬化，通過這樣的方式使網(wǎng)絡(luò)備案更加靈活，適應(yīng)調(diào)配的需要。對于IP，原有方式是來一個包發(fā)一個包，盡管一個視頻可能有較多的IP包，但是這些IP包都會被獨立地處理，而不是被當(dāng)做一個視頻，其優(yōu)點是比較靈活，缺點是占用時間長。而新的SDN，OpenFlow的結(jié)構(gòu)改變了，對于后面的IP包，如果屬于同一流就走同一條路線，具有二層、三層包括TCP層的處理能力。以往均由路由器處理IP包，到路由器層面的處理是毫秒級，到交換機層面是處理楨，如今的處理時延可以縮小到毫秒億級，利于實現(xiàn)資源的調(diào)配。

4G網(wǎng)絡(luò)組織以網(wǎng)源劃分，包括接入、網(wǎng)關(guān)以及計費功能、移動性管理功能等，每個網(wǎng)源都具有控制面和用戶面兩大功能，兩者集中在同一個網(wǎng)源中。對于5G，則不按網(wǎng)關(guān)劃分，而是改成橫向劃分，實現(xiàn)了控制面和用戶面的分離。5G的功能如同App，需要調(diào)動某種功能就調(diào)配某個App，將移動端作為手機終端，將所有功能作為App調(diào)用。移動性管理、網(wǎng)關(guān)也有各種功能，所以未來5G網(wǎng)絡(luò)既能實現(xiàn)控制與傳輸?shù)姆蛛x，也能實現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活調(diào)配。

如今，手機的功能越來越強，與PC機幾乎沒有區(qū)別，iPad的功能已超過美國國防部1985年的超級計算機，華為最近發(fā)布了移動AI平臺的麒麟970，一平方厘米有55億個晶體管。PC的操作系統(tǒng)包含數(shù)千萬行代碼，而智能手機的操作系統(tǒng)也有上百萬行代碼，但多數(shù)時候軟件不一定裝在手機上，更多的是利用云端豐富手機功能，我們需要利用此功能為用戶提供更加完美的體驗。endprint