5G架构、技术与发展方式探析

坚守5G物理层创新

　　展讯通信5G研发高级总监潘振岗称，四年前，几个学术界大牛撰写过一篇非常著名的文章，对无线通信的物理层技术进行了一次自我拷问: “Is the phy layer dead?” 虽然文章的结论还是比较正面的。但这个自我拷问的出现就已经表明无线通信界对物理层技术继续往前发展的一种悲观气氛。因为物理层的技术在高速发展过程中，未来给我们的空间是有限的。这从业界的动态也有所体现，在这个领域的研究人员越来越少。原因如下。

　　1.在前几代相对单一的需求和评估准则下，我们的物理层技术看上去离理论极限已经很近。大家很难接受花几倍甚至更多的复杂度去争取0.xdB BER/BLER性能的提高。

　　然而5G的情况发生根本的变化。

　　一方面需求变得非常多样化，除了传统移动宽带，更多的需求来自垂直行业的物联需求，以至于现在IMT-2020已经不能使用单一雷达图来表达5GKPI，需要在此基础上定义几个子集来表示。评估准则发生了变化，也就出现了对Shannon公式的再解释，绿色通信理论的出现等，拓展了新的理论空间。另外，业务状况：SN小包业务，物联网突发规则/非规则业务等。

　　另一方面，可利用的资源/条件不一样了。过去多年无线通信的发展已经把无线频谱的优质资源都用的差不多了。未来我们需要：1)开垦蛮荒地带如高频段。 2)充分利用边角料如Gap band;因此物理层的技术有了新的用武之地。

　　2.物理层的研究对人员的要求非常高。知识技能要求多：最优化理论、概率论与随机过程、统计估计理论、代数、多项式、矩阵/线性代数、实分析/复分析、微积分、微分几何等。很多知识都是非常抽象的，对这些知识的把握，需要一个人能够忍受孤独，去静思，去理解，去长期一点一滴地积累。这好像跟我们现在各类互联网应用的敏捷开发、快速迭代是截然不同的两个世界。

　　其实不仅是物理层技术，整个通信系统越来越成为一个幕后英雄了。大家可以看到现在的智能手机评测，看CPU的处理速度，看GPU的能力，看屏幕的分辨率，看音质，…。好像跟通信没有关系了。仿佛回到十多年前，各种电脑杂志对台式机/笔记本、对最新一代的CPU、显卡的评测一样。

　　我希望未来对手机的评测中(注：当然，未来的终端是不是还是以“手机”这个形态存在还值得探讨)，可以看到在戈壁滩上的信号还很好，大型演出会现场也可以，高铁/飞机上可以，能随时连接家里的各种传感器/摄像头，以了解家里的情况，等等。这些才是体现移动通信本质的。

　　因此，无论你今天预测了如何新奇的各类5G应用，无线通信是根本。

　　展讯是随着中国的通信标准自主战略一起成长起来的公司，见证、也全程参与了中国的通信标准从空白到跟随、到并进的过程;产业上，也全力支撑了中国的TD标准走向成熟，并为世界所接受的历程。未来，展讯将继续在中国5G标准化过程中实现引领而贡献自己的力量。

　　展讯已经成立了专门的5G研发团队，在北京、上海、芬兰，在核心技术、系统方案设计方案都进行了精心的布点。专利战略、标准化推进、技术原型验证都制定了详细的里程碑计划。目标是成为5G时代tier 1的终端芯片提供商。

5G物理层空间很大

　　浙江大学信息与电子工程学院教授张朝阳称，所谓物理层传输技术在提升容量上的空间不大，主要是因为不同编码调制技术离香农界限很近了，这是指在物理层编码调制方面，新的技术带来的增益不大，但是这些新的5G技术有一些特殊的特点。这些新的特点不仅仅是为了提升容量和速率所需要的，这些特点是为了支持5G未来大规模接入等等一些新需求所必需的。

　　为什么要做物理层新的空口?为什么要做新的传输体制?是因为除了容量和速度之外，还有一些特殊的要求，比如大规模接入、低时延，这些在过去和现有的传输体制里面是无法解决的，所以实际上不是5G物理层的空间不大，恰恰相反是空间很大。因为1G、2G、3G、4G中，目前还没有一个物理层体制能够真正支持大规模的接入和互联。未来刚好也是物联网时代，现有体制是无法支撑的，所以这就是5G为什么在很大程度上被视作革命性的技术，相对2G和3G、4G来说改变是很大的。所以，所谓空间不大是指一些物理层传输技术在传输速率方面提升空间不大，但是在其他方面空间还是很大的，而且是必须要的，如果没有这些技术很多新的应用需求是无法支撑的。

产学联合，用FPGA共创5G未来

　　Altera公司副总裁兼通信业务总经理Francis Chow称，5G可将数据速率提升千倍，所连接的设备也将增加成百上千倍。要真正实现5G网络，我们必须解决很多技术上和商业上的挑战。仅仅靠半导体产业和系统产业解决不了这些挑战。因此，我们必须充分挖掘同学们的天赋和潜力。这就是我们联合西安电子科技大学、友晶举办2015年首次5G大赛的原因。这次竞赛，共有来自76所大学的184个团队参加大赛，最后30个团队用不到7个月的时间，基于Altera的FPGA平台完成了整个系统的部署，结果非常出色。

　　关于这次大赛，西南交通大学范平志教授称：大赛分为两个阶段，初赛和决赛。初赛侧重对算法的考察，大赛组委会提供了一套算法的基础方案，看同学们是否能够仿真设计出来。复赛侧重在硬件实现。评选是综合性的，首先看最基本的链路功能是否已经实现;另外就要看学生们实现的性能及优化创新的地方。比如说我负责的SCMA组，一些团队提出了跟参考方案不一样的更具新颖性的低复杂度译码算法，通过仿真验证了其可行性，并在硬件上实现出来。Altera这个板子总体反映应用不错非常给力，有团队在做完了算法链路的基础上，还用视频数据看看传输效果，带来更加直观的演示。

　　Francis Chow在谈到FPGA作用时称，长期以来，FPGA一直在为通信系统架构做出卓越的贡献。例如，今天如果你拿起电话跟你海外的朋友通话，你的电话有95%以上的可能性是通过Altera的FPGA实现的。FPGA具有极大的灵活性并可驱动创新。我们希望我们的FPGA能够像过去一样为未来的5G网络发展做出贡献。(注：本文内容节选自“第一届5G算法创新大赛”颁奖典礼上的发言。)

参考文献：

　　[1]王莹.5G标准未行，算法等研发已开始预热.电子产品世界,2015(7):27-30

　　[2]张晨光.展讯已经开始做5G研发.电子产品世界,2015(7):26

　　[3]苏寒松,钱鑫,朱世兵,等.LTE系统中宏小区与femtocell的切换方法.电子产品世界,2014(6):33-36

本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第1期第14页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。