鄔賀銓院士：5G已經向我們走來 2020年前至少要啟動商用

耿曉軍

摘 要：在2017年12月舉辦的“前沿技術領域科學家高峰對話”分論壇上，中國工程院院士、中國互聯網協會理事長鄔賀銓表示：5G已經向我們走來，中國的規劃是2020年至少5G要啟動商用。

關鍵詞：5G；啟動商用

5G已經向我們走來，到2020年，中國規劃至少5G要啟動商用。從1G到4G主要是面向個人的通信，5G擴大到產業互聯網和社會城市應用，主要有三大應用場景：增強移動寬帶；超可靠低時延；支撐移動互聯網和產業互聯網的發展。

怎樣做到5G速率提升？通信中有一個香農定理：整個移動網絡的容量和用戶帶寬、天線數及基站有關。一年來，移動通信容量得到了提升，靠物理層面技術改進提升了5倍。更多的提升依靠小區分裂，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，隨著小區數量的增加，整個網絡容量得到了提升。所以5G無線接口的技術是四大方向：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；基站使用大規模天線，增加天線數量；小區分裂，把小區越小，同時，這也需要強大的計算能力支撐，若小區過小，互相之間有干擾，則選址很難；功率加大后，運營成本提高，可以使用分層異構組網。若微基站功率較低，則半徑較小，用以支持大帶寬的需求應用時，實際上是一種挑戰。高速移動用戶移動使用時，在較短時間內要躍過較多基站，切換頻繁，影響體驗。另外，若互相靠得過近，干擾過大，則需要較強的協調能力。

未來，控制面和數據面分離。控制面是信令，即使開車在眾多小基站中穿來穿去沒有切換，信令不夠，也只需切換用戶數據。另外，若小區分得較多，則不能靠小區獨立管理，而需要分群，所以未來會出現無定型小區。例如，某移動用戶的上、下型用戶數據走微基站，對于傳統的移動通信，信令、上行數據和下行數據都在同一個蜂窩小區；而對于5G，信令和用戶數據不同，且上行數據和下行數據的走線也不同，這就需要更好的適配能力，實現控制面和用戶面的分離。信令的控制是大網，用戶數據是小網，上、下行分離，打出去的電話、上網的數據和接收到的數據走的并不一定是一條路，而是選擇最優化的一條。判斷指揮協調也需要強大的計算能力，未來整個移動通信需要用到云，在接入端負責幾個微基站的協調。其中，有轉發云，用于實現各種轉碼；也有控制云，用于在整個控制面實現資源的調配。

5G的出現并不會導致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的網絡，如果要在網絡中恰當地利用控制體系資源，那么整個網絡體系的優化必不可少。云計算的應用有很多，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務都需要用到云，需要占用干線網的資源，而且上到云需要時延，不適用于虛擬現實增強，而遠程醫療等都需求較快的響應，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的出現將之進一步下沉。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，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。當發展到4G時，為了簡化，上升到1PC，形成了增強的演進分組核心。后期為了集中處理基站，分出BBU。5G需要進一步細分，保留遠端視頻模塊。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。移動通信的架構在不斷地變化，引領著整個體系的發展。

可以看到，移動通信本身通過傳輸系統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，根據多徑傳播，通過多天線可以了解時延情況。在基站對數據進行處理，將干擾變成有用信號。原本多天線服務一個用戶，而對于5G多天線，一根天線服務用戶，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容量成比例的增長。

另外，5G有高速寬帶業務，也有大連接的傳感器業務，更有對時延要求較嚴格的業務，這些業務的需求不同，如何使網絡適應業務需求？答案是用切片。物理上相同，邏輯上根據不同的業務調配不同的資源，滿足不同業務對網絡的要求，我們稱之為網絡軟件化。例如，要增強移動寬帶，有大連接、低時延或其他業務，網上本為一條路，不分業務的類型，如果需要分離出來，那么不同的業務走不同的路徑，以實現資源的優化，利于針對性地提供有質量的保證服務。

傳統的路由器有節點控制功能和轉發功能，根據對等路徑優先查出路徑，不考慮傳網的優化。隨著大數據的出現，流量的分布是不確定的，所以希望通過軟件定義網絡將節點和應用層抽離出來，實現網絡的集中控制，將無連接的業務按照連接來控制，針對全局進行優化。

以往的網絡交換機和路由器都采用專用硬件、專用軟件，網關也是如此。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絡備案更加靈活，適應調配的需要。對于IP，原有方式是來一個包發一個包，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，而不是被當做一個視頻，其優點是比較靈活，缺點是占用時間長。而新的SDN，OpenFlow的結構改變了，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，利于實現資源的調配。

4G網絡組織以網源劃分，包括接入、網關以及計費功能、移動性管理功能等，每個網源都具有控制面和用戶面兩大功能，兩者集中在同一個網源中。對于5G，則不按網關劃分，而是改成橫向劃分，實現了控制面和用戶面的分離。5G的功能如同App，需要調動某種功能就調配某個App，將移動端作為手機終端，將所有功能作為App調用。移動性管理、網關也有各種功能，所以未來5G網絡既能實現控制與傳輸的分離，也能實現業務的靈活調配。

如今，手機的功能越來越強，與PC機幾乎沒有區別，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的操作系統包含數千萬行代碼，而智能手機的操作系統也有上百萬行代碼，但多數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