邬贺铨院士：5G已经向我们走来 2020年前至少要启动商用

耿晓军

摘 要：在2017年12月举办的“前沿技术领域科学家高峰对话”分论坛上，中国工程院院士、中国互联网协会理事长邬贺铨表示：5G已经向我们走来，中国的规划是2020年至少5G要启动商用。

关键词：5G；启动商用

5G已经向我们走来，到2020年，中国规划至少5G要启动商用。从1G到4G主要是面向个人的通信，5G扩大到产业互联网和社会城市应用，主要有三大应用场景：增强移动宽带；超可靠低时延；支撑移动互联网和产业互联网的发展。

怎样做到5G速率提升？通信中有一个香农定理：整个移动网络的容量和用户带宽、天线数及基站有关。一年来，移动通信容量得到了提升，靠物理层面技术改进提升了5倍。更多的提升依靠小区分裂，即把蜂窝做得越来越少，提升了1 600倍。一般城市的蜂窝半径约300 m，随着小区数量的增加，整个网络容量得到了提升。所以5G无线接口的技术是四大方向：在物理层，增加可以接入的频率，甚至可以拓展到毫米波，增加带宽；基站使用大规模天线，增加天线数量；小区分裂，把小区越小，同时，这也需要强大的计算能力支撑，若小区过小，互相之间有干扰，则选址很难；功率加大后，运营成本提高，可以使用分层异构组网。若微基站功率较低，则半径较小，用以支持大带宽的需求应用时，实际上是一种挑战。高速移动用户移动使用时，在较短时间内要跃过较多基站，切换频繁，影响体验。另外，若互相靠得过近，干扰过大，则需要较强的协调能力。

未来，控制面和数据面分离。控制面是信令，即使开车在众多小基站中穿来穿去没有切换，信令不够，也只需切换用户数据。另外，若小区分得较多，则不能靠小区独立管理，而需要分群，所以未来会出现无定型小区。例如，某移动用户的上、下型用户数据走微基站，对于传统的移动通信，信令、上行数据和下行数据都在同一个蜂窝小区；而对于5G，信令和用户数据不同，且上行数据和下行数据的走线也不同，这就需要更好的适配能力，实现控制面和用户面的分离。信令的控制是大网，用户数据是小网，上、下行分离，打出去的电话、上网的数据和接收到的数据走的并不一定是一条路，而是选择最优化的一条。判断指挥协调也需要强大的计算能力，未来整个移动通信需要用到云，在接入端负责几个微基站的协调。其中，有转发云，用于实现各种转码；也有控制云，用于在整个控制面实现资源的调配。

5G的出现并不会导致4G、3G甚至2G消失，WiFi也会同样存在。实际上，我们所面临的只是异构的网络，如果要在网络中恰當地利用控制体系资源，那么整个网络体系的优化必不可少。云计算的应用有很多，我们的目的是利用云计算完成集约型控制。如今面临的问题是：一些高速的宽带的业务都需要用到云，需要占用干线网的资源，而且上到云需要时延，不适用于虚拟现实增强，而远程医疗等都需求较快的响应，所以云并不是普适的方式。IBM提出了物计算，使云计算能力略有下沉，5G的出现将之进一步下沉。英文移动边缘计算被称为霾计算，是一种原有基站没有的比雾更厉害的计算能力，未来5G基站需要有这种计算能力。

例如，北京晚上打电话较多，整个移动蜂窝存在潮汐效应，忙闲不均，每个蜂窝是无限的，需要集中处理，这种处理方式叫做吸链（音），“吸”是合作的集中的资源利用。以往的移动通信从2G到3G都是多层次的。当发展到4G时，为了简化，上升到1PC，形成了增强的演进分组核心。后期为了集中处理基站，分出BBU。5G需要进一步细分，保留远端视频模块。基站处理分为分布单元和集中单元，分布单元落于小基站，而集中单元属于多个小基站共享。移动通信的架构在不断地变化，引领着整个体系的发展。

可以看到，移动通信本身通过传输系统无限接口到整个交换机，我们称之为回传，5G和4G有同步的时延等严格要求。

通过多天线可以提升容量。移动通信本身不需要单向传播，根据多径传播，通过多天线可以了解时延情况。在基站对数据进行处理，将干扰变成有用信号。原本多天线服务一个用户，而对于5G多天线，一根天线服务用户，5G商用试验采用128根，未来一个基站采用256根。理论上这些天线之间只要互相没有干扰均可以实现容量成比例的增长。

另外，5G有高速宽带业务，也有大连接的传感器业务，更有对时延要求较严格的业务，这些业务的需求不同，如何使网络适应业务需求？答案是用切片。物理上相同，逻辑上根据不同的业务调配不同的资源，满足不同业务对网络的要求，我们称之为网络软件化。例如，要增强移动宽带，有大连接、低时延或其他业务，网上本为一条路，不分业务的类型，如果需要分离出来，那么不同的业务走不同的路径，以实现资源的优化，利于针对性地提供有质量的保证服务。

传统的路由器有节点控制功能和转发功能，根据对等路径优先查出路径，不考虑传网的优化。随着大数据的出现，流量的分布是不确定的，所以希望通过软件定义网络将节点和应用层抽离出来，实现网络的集中控制，将无连接的业务按照连接来控制，针对全局进行优化。

以往的网络交换机和路由器都采用专用硬件、专用软件，网关也是如此。如今底部硬件与以往相同，只是软件有所不同，将其称为软件NFV虚拟化，通过这样的方式使网络备案更加灵活，适应调配的需要。对于IP，原有方式是来一个包发一个包，尽管一个视频可能有较多的IP包，但是这些IP包都会被独立地处理，而不是被当做一个视频，其优点是比较灵活，缺点是占用时间长。而新的SDN，OpenFlow的结构改变了，对于后面的IP包，如果属于同一流就走同一条路线，具有二层、三层包括TCP层的处理能力。以往均由路由器处理IP包，到路由器层面的处理是毫秒级，到交换机层面是处理桢，如今的处理时延可以缩小到毫秒亿级，利于实现资源的调配。

4G网络组织以网源划分，包括接入、网关以及计费功能、移动性管理功能等，每个网源都具有控制面和用户面两大功能，两者集中在同一个网源中。对于5G，则不按网关划分，而是改成横向划分，实现了控制面和用户面的分离。5G的功能如同App，需要调动某种功能就调配某个App，将移动端作为手机终端，将所有功能作为App调用。移动性管理、网关也有各种功能，所以未来5G网络既能实现控制与传输的分离，也能实现业务的灵活调配。

如今，手机的功能越来越强，与PC机几乎没有区别，iPad的功能已超过美国国防部1985年的超级计算机，华为最近发布了移动AI平台的麒麟970，一平方厘米有55亿个晶体管。PC的操作系统包含数千万行代码，而智能手机的操作系统也有上百万行代码，但多数时候软件不一定装在手机上，更多的是利用云端丰富手机功能，我们需要利用此功能为用户提供更加完美的体验。endprint