备受期待的5G吸引了业界大量投资,同时也涌现出一批创新技术,这些技术覆盖了从网络架构、无线接入到终端整个环节,为了提升5G的功能、性能和对多种应用场景的适应性,5G的端到端创新对原来网络结构、无线空口技术进行了一次重构。这种创新力度在为5G应用带来更多想象力的同时,也带来很多挑战。
端到端创新赋5G想象空间
5G相对于3G和4G在基本理念上有了重大改变。3G和4G的设计目标主要是对移动通信速率的提升,3G的速率达到2Mbps,4G的速率达到100Mbps。尽管5G会进一步提高速率,但设计的出发点已经改变,5G是站在应用的角度来描述发展愿景的。中国的专家将这种愿景浓缩为“信息随心至,万物触手及”。ITU将5G应用梳理为三个主要应用场景:增强的宽带移动,低时延、高可靠的场景,以及低功耗和大连接的三个场景。
但服务这三个应用场景的整个系统要基于同一个平台,这需要整个系统的设计高度灵活。目前,5G灵活的系统设计包括了三种方式:一是帧结构设计灵活,在新的5G标准中,帧结构不再是固定的,而是一个自包含的可变的帧结构,这种帧结构可以适应未来5G多场景应用,为满足5G低时延的要求奠定了非常重要的基础。而动态TDD子帧结构有能力改变每一个子帧,实现前向兼容的灵活子帧结构,同时可以极大降低时延。二是灵活的波形,能够实现前向兼容。三是灵活的双工,能够实现发端和收端的对称性设计。
在IMT 2020(5G)峰会上,中国5G推进组副组长王晓云说,ITU提出的5G三大应用场景包括了峰值速率、频谱效率、时延等8个关键指标,这些关键指标与4G相比有几倍甚至几十倍的提升,对行业创新提出了很高要求。王晓云说,目前5G创新在无线方面最重要的是建立一个全球统一的空中接口,实现真正的5G统一标准。
与2G、3G、4G不同,在5G创新中,核心网的创新成为一个非常关键的内容。“在5G创新过程中,下一代网络正在演进,网络的虚拟化、云化交织在一起,我们在下一代网络的创新方面,我们提出了基于服务的一个开放式的架构。”王晓云说,“网络切片、边缘计算,以及新的安全算法等,这些都为5G的核心网注入新的创新内容,使整个5G网络实现了从无线到网络的端到端创新。”
中国公司起到了5G整个网络架构设计的牵头作用,里程碑的事件是,不久前基于业务的网络架构已经被5G标准采纳,将来的网络架构会基于不同的业务灵活组成各种网络,以快速地提供业务。在核心网中通过网络切片技术,针对不同场景端到端地实现不同性能的服务也成为可能。为了满足以用户为中心的需求,像边缘计算这样的技术是5G未来非常重要的核心内容,而中国公司将会协同全球产业一同为5G全新的核心网做出贡献。
IMT-2020(5G)推进组网络技术工作组组长谭仕勇说,5G网络架构的设计是从基础设施和系统架构两个维度展开的。在基础设施上,5G的核心网将基于NFV技术的系列化平台进行部署,数据中心将按照分程序的方式进行部署,不同的数据中心之间将采用SDN的方式进行组网;在网络架构上,抽象设计出了接入云、控制云和转发云的三朵云逻辑架构,并识别出五大关键技术,包括网络切片、移动边缘计算、以用户为中心的接入网架构、网络功能的重构和网络能力的开放。
5G是通信与计算深度融合开端
这种端到端的5G系统设计,使网络能够更加灵活、智能,而且大量数据会在网络边缘围绕用户产生。
“这形成了数据的金字塔形结构,底下是海量的数据,越往网络深处走,数据量变小,这才是一个可持续的经济模式,目前运营商网络的基本结构也是这种模式。”那么,这些数据去哪了?英特尔院士、英特尔通信与设备事业部无线标准首席技术专家吴耕说,“这些数据肯定不是丢了,整个网络不再是通信网,而是信息网,集通信、传输以及存储三位于一体的信息网。而英特尔的优势就是解决了数据的运算和存储的问题。”
“当前的通信和计算是两个各自设计的体系,然后根据需求来‘攒’。”吴耕说,“为了发展5G,在通信网络中提出的网络切片、空口切片、应用切片,已经是在用计算技术来解决通信的问题。从网络的软件化、NFV开始,在未来10年、20年,我们要用通信解决计算的问题,这两个问题随着时间的推移会变成一体,而5G对英特尔最根本的战略意义就在于,它在这个过程中是一个起点。”
正是基于这样的认识,英特尔在5G的布局是端到端的,英特尔想做的是在无线连接、计算智能和分布式云资源之间实现前所未有的整合。因此英特尔要提供从设备端、无线技术到网络和云端的完整方案。
ITU开始评估5G技术
在刚刚结束的ITU WP5D第27次会议上,ITU完成了5G评估方法和提交模板等一系列关键文件,为5G技术方案选择做好了最后的准备。
按照ITU要求,各个国家和国际组织都可以提交5G技术方案。在提交技术方案中,需要详尽地披露各种信息。为此,ITU发布了《开发IMT-2020的要求、评估准则和提交模板》,其中包括技术特性、链路预算、对各种性能要求的满足程度等信息。
ITU发布的《IMT-2020无线接口技术评估指南》规定了技术评估流程、方法,以及技术方案在技术、频谱、业务方面的入围准则。指南详细规定了技术评估过程中应当采用的应用场景、信道模型等细节。
中国专家在ITU组织的5G技术评估中发挥了重要作用,大唐电信彭莹博士和来自韩国的专家共同负责5G技术的评估工作;评估的核心技术内容之一——信道建模,是由北京邮电大学教授张建华任起草组组长。