5G架構、技術與發(fā)展方式探析

堅守5G物理層創(chuàng)新

　　展訊通信5G研發(fā)高級總監(jiān)潘振崗稱，四年前，幾個學術界大牛撰寫過一篇非常著名的文章，對無線通信的物理層技術進行了一次自我拷問: “Is the phy layer dead?” 雖然文章的結論還是比較正面的。但這個自我拷問的出現就已經表明無線通信界對物理層技術繼續(xù)往前發(fā)展的一種悲觀氣氛。因為物理層的技術在高速發(fā)展過程中，未來給我們的空間是有限的。這從業(yè)界的動態(tài)也有所體現，在這個領域的研究人員越來越少。原因如下。

　　1.在前幾代相對單一的需求和評估準則下，我們的物理層技術看上去離理論極限已經很近。大家很難接受花幾倍甚至更多的復雜度去爭取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)移動寬帶，更多的需求來自垂直行業(yè)的物聯需求，以至于現在IMT-2020已經不能使用單一雷達圖來表達5GKPI，需要在此基礎上定義幾個子集來表示。評估準則發(fā)生了變化，也就出現了對Shannon公式的再解釋，綠色通信理論的出現等，拓展了新的理論空間。另外，業(yè)務狀況：SN小包業(yè)務，物聯網突發(fā)規(guī)則/非規(guī)則業(yè)務等。

　　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)展已經把無線頻譜的優(yōu)質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;因此物理層的技術有了新的用武之地。

　　2.物理層的研究對人員的要求非常高。知識技能要求多：最優(yōu)化理論、概率論與隨機過程、統(tǒng)計估計理論、代數、多項式、矩陣/線性代數、實分析/復分析、微積分、微分幾何等。很多知識都是非常抽象的，對這些知識的把握，需要一個人能夠忍受孤獨，去靜思，去理解，去長期一點一滴地積累。這好像跟我們現在各類互聯網應用的敏捷開發(fā)、快速迭代是截然不同的兩個世界。

　　其實不僅是物理層技術，整個通信系統(tǒng)越來越成為一個幕后英雄了。大家可以看到現在的智能手機評測，看CPU的處理速度，看GPU的能力，看屏幕的分辨率，看音質，…。好像跟通信沒有關系了。仿佛回到十多年前，各種電腦雜志對臺式機/筆記本、對最新一代的CPU、顯卡的評測一樣。

　　我希望未來對手機的評測中(注：當然，未來的終端是不是還是以“手機”這個形態(tài)存在還值得探討)，可以看到在戈壁灘上的信號還很好，大型演出會現場也可以，高鐵/飛機上可以，能隨時連接家里的各種傳感器/攝像頭，以了解家里的情況，等等。這些才是體現移動通信本質的。

　　因此，無論你今天預測了如何新奇的各類5G應用，無線通信是根本。

　　展訊是隨著中國的通信標準自主戰(zhàn)略一起成長起來的公司，見證、也全程參與了中國的通信標準從空白到跟隨、到并進的過程;產業(yè)上，也全力支撐了中國的TD標準走向成熟，并為世界所接受的歷程。未來，展訊將繼續(xù)在中國5G標準化過程中實現引領而貢獻自己的力量。

　　展訊已經成立了專門的5G研發(fā)團隊，在北京、上海、芬蘭，在核心技術、系統(tǒng)方案設計方案都進行了精心的布點。專利戰(zhàn)略、標準化推進、技術原型驗證都制定了詳細的里程碑計劃。目標是成為5G時代tier 1的終端芯片提供商。

5G物理層空間很大

　　浙江大學信息與電子工程學院教授張朝陽稱，所謂物理層傳輸技術在提升容量上的空間不大，主要是因為不同編碼調制技術離香農界限很近了，這是指在物理層編碼調制方面，新的技術帶來的增益不大，但是這些新的5G技術有一些特殊的特點。這些新的特點不僅僅是為了提升容量和速率所需要的，這些特點是為了支持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?是因為除了容量和速度之外，還有一些特殊的要求，比如大規(guī)模接入、低時延，這些在過去和現有的傳輸體制里面是無法解決的，所以實際上不是5G物理層的空間不大，恰恰相反是空間很大。因為1G、2G、3G、4G中，目前還沒有一個物理層體制能夠真正支持大規(guī)模的接入和互聯。未來剛好也是物聯網時代，現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，相對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，如果沒有這些技術很多新的應用需求是無法支撐的。

產學聯合，用FPGA共創(chuàng)5G未來

　　Altera公司副總裁兼通信業(yè)務總經理Francis Chow稱，5G可將數據速率提升千倍，所連接的設備也將增加成百上千倍。要真正實現5G網絡，我們必須解決很多技術上和商業(yè)上的挑戰(zhàn)。僅僅靠半導體產業(yè)和系統(tǒng)產業(yè)解決不了這些挑戰(zhàn)。因此，我們必須充分挖掘同學們的天賦和潛力。這就是我們聯合西安電子科技大學、友晶舉辦2015年首次5G大賽的原因。這次競賽，共有來自76所大學的184個團隊參加大賽，最后30個團隊用不到7個月的時間，基于Altera的FPGA平臺完成了整個系統(tǒng)的部署，結果非常出色。

　　關于這次大賽，西南交通大學范平志教授稱：大賽分為兩個階段，初賽和決賽。初賽側重對算法的考察，大賽組委會提供了一套算法的基礎方案，看同學們是否能夠仿真設計出來。復賽側重在硬件實現。評選是綜合性的，首先看最基本的鏈路功能是否已經實現;另外就要看學生們實現的性能及優(yōu)化創(chuàng)新的地方。比如說我負責的SCMA組，一些團隊提出了跟參考方案不一樣的更具新穎性的低復雜度譯碼算法，通過仿真驗證了其可行性，并在硬件上實現出來。Altera這個板子總體反映應用不錯非常給力，有團隊在做完了算法鏈路的基礎上，還用視頻數據看看傳輸效果，帶來更加直觀的演示。

　　Francis Chow在談到FPGA作用時稱，長期以來，FPGA一直在為通信系統(tǒng)架構做出卓越的貢獻。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實現的。FPGA具有極大的靈活性并可驅動創(chuàng)新。我們希望我們的FPGA能夠像過去一樣為未來的5G網絡發(fā)展做出貢獻。(注：本文內容節(jié)選自“第一屆5G算法創(chuàng)新大賽”頒獎典禮上的發(fā)言。)

參考文獻：

　　[1]王瑩.5G標準未行，算法等研發(fā)已開始預熱.電子產品世界,2015(7):27-30

　　[2]張晨光.展訊已經開始做5G研發(fā).電子產品世界,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.電子產品世界,2014(6):33-36

本文來源于中國科技期刊《電子產品世界》2016年第1期第14頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。