兰巨龙：下面有请北京邮电大学网络与交换国家重点实验室主任冯志勇做报告，她报告的题目是5G技术及计算无线电。

冯志勇：大家上午好！从我们做通讯的角度来说，我现在从无线这一块看一下网络的发展趋势。我的汇报包括四部分内容，先看一下现在比较热的5G的特征及需求，然后介绍一下5G的关键技术，再介绍一下计算和通信结合的无线网络。

通信网络刚才几位专家也介绍了从电话网到数据网的趋势，它最早支持语音，到数据，我们现在进入4G、5G时代，它的业务除了传统的互联网的面向人的业务以外，增加了很多物联网和现在的工业互联网的内容，现在进入了一个超宽带时代，网络也从原来独立的网络进入到融合的趋势，这个融合体现在各种网的。

无线网大家知道，从1G到4G讲的都是蜂窝移动通信系统，并且主要改善的是面向人的通信，不管是语音还是数据，是面向人的，速率从1G到4G不断的提高，到5G以后是融合网络，在5G时代蜂窝和WIFI各种技术融合起来，来满足我们除了互联网以外的，还有物联网工业的需求。5G和其他不一样的，它从面向人的移动互联网走向了支持物联网和各种的工业网络，对它的需求也是从原来的语音单纯业务到低速数据，到超宽带的业务需求。所以5G面临了很多挑战，一个就是它的用户数，连接设备的数量都成指数的成长。中国移动统计说，现在的移动用户数是几亿，如果把物联网加进来就不是这个级别了，成百上千的用户都要连接到网络当中来，在5G里面爆炸生长带来了很大的挑战。

像智能交通，车联网，增强现实虚拟现实等各种的新的需求，对网络来说，它的压力业务种类比以前丰富的多。用户体验要求提升，1G到4G是带宽的提高，下一步我们有更多的需求以外，我们需要的是GBT，如果支持物联网，它的要求是毫秒级的，用户的体验完全不同了。这是5G的特性和原来不一样的地方。

我们看一下5G网络的场景，一个属于面向人的广域网，还有低功率的大的连接，都连接到网络上来了，像车联网，面向高铁需要低时延，高能耗。

关于5G，这是ITU定义的三个应用场景，这个三角形应该说是上面的角是我们从1G到4G在的事情，5G还要再增强，面向移动宽带网的，还有一个角是万物互联网，我们说它连接数量多了很多，大规模的及时通信，面向高可靠、低时延的互联网，这三个场景的要求完全不同，从时延上是完全不同的。一个5G要承载这么多，做这么多事情，难度也是很大的。

这个支柱图是ITU现在给出来的关于5G的各种性能的要求，从它的峰值速率，还有评估效率，移动性，以及连接数量都给出了一些需求，重点要满足刚才说的三种不同的场景，移动宽带的场景面向人的，以及高可靠，低时延的场景，这是目前ITU关于5G的关键性能指标的系统需求。

5G从狭义上讲，原来的移动通信从1G到4G主要改善的是无线接入网，接入5G以后不光是一个无线接入的事情了，为什么呢？因为一个我们网络融合以后发生了变化，从LP开始该支持全IP了，现在中国移动要上基于语音的IP，现在用4G打电话走的还是2G，马上要变成4G了，这个界限越来越模糊，5G在网络上也要做很多的改进，做很多的技术，才能满足各种需求。对无线接入来说，对无线的需求挑战更大，这是具体的一些场景。

5G的关键技术在普及当中应用，这是可能的场景。到5G的时候，为了增加空间自由度，要做到120天线的，我们的实验已经开始来做的，就是大规模天线。还有更先进的无线接入技术，还有一些灵活的技术。会有些新的调制和微码技术，还有一些技术解决方案可以用到的，比如超密集的网络，还有低时延、高可靠性的网络，设备直通技术，以及我们会使用更高的频率，5G发展的其中一个挑战，就是频补资源，对5G来说，永远的难题是有限资源下的提升。所以5G会用高频段，毫米波，现在在讨论给5G的频率问题。

5G不光是风口上的一点事，网络也会做变革。一个网络架构会不同于4G，还会用到刚才几位专家用到的一些新技术，一个是CRAN技术，相当于把这个无线云的方式利用，多无线接入网的协调，还有移动CDN，这次大会上大家多次提到了很热的词都会在5G网络上使用，提升网络的一些性能。

刚才提到频率问题，是5G的一个大问题，我们中国的4G牌照发放比较晚，是因为找不到频率，5G现在也是这个难题，它的频率问题。它的需求越来越多，但是现在的频率有限，除了低频段，5G还要高频段，就是毫米波的，对我们国家来说是硬件上，我们国家的器件上受到了制约，现在也是正在公关关于这方面的内容。

5G按它的规划，2020年要商用化，现在关于5G的标准，最早是在ITO讨论的，它的框架，它的需求在这里讨论。目前5G技术R13版本正在制定5G的一些技术。我们国家有一个5G的推动组，是工信部组成的一个专家组。

5G网络其中有一块，无线网络最大的问题就是有限资源下的容量提升，怎么提高它的容量，5G容量的提升，其中一种有效的方法，用这种密集化的分层网络来实现。这个网络的容量跟空间复用因子有关，还有带宽，信号接收机的信号有关，通过这种分层网络，可以提高容量。所以5G是超密集网络。空间的这种密集化我们会用大规模的MIMO，为了增加容量，我们还用更小的小区。

还有资源利用率的提升，用户中心化的，或者以数据为中心的，内容为中心的传输方式。原来的传输只是信息来了我就传，是什么，传几遍我就传，这是比较傻的，可能5G的时候就要考虑，一个内容传下来，用这种内容为中心的，或者这种方式让它在空中少传几次，节省我们的资源。比如这是机站，有些内容已经发到一个终端上了，一个同学已经把一个视频下载在自己手机上了，不需要再取一次了。

5G的业务特性，这里有一张表，是关于信息论对无线通信的指导作用，信息论一直是我们做无线通讯的一个基础。这个图是横轴是它的用户数，纵轴是传输带宽，有五个区域，这是信息论给出的一个极限，这个地方按照限制，用户数和综合考虑用户数的时候，这个是不可达的。用户数连接属于中间的一个区域，用户数不是特别多。面向物联网的在这个区域，它要求速率不高，但是要高可靠的低时延的业务类型在这个区域。这几个区域都在做，我们做不同的业务需求，可以看到难度是很大的。刚才我们说了第五区域是不可达的，这个时候不能光从通信的角度看，我们可能会用CBN的方式，用存储换取容量。现有的蜂窝网是比较单一的，这五个区域需求是完全不同的，原来只做一个区域，现在这几个区域都要去做。

这是系统研制的一些难题，只是举了两个例子，一个是大规模天线，在硬件上，信号处理上难度都比较大。新型无限网络的需求，我们要满足各种业务，时延要做到一毫秒，一毫秒是非常难的，并且要端到端的时延，还有多样化业务的挑战，这都是无线网络面临的一些难题。这是5G网络的一些内涵和问题。

我们看一下无网络在通信系统中的作用。从2G中有一些简单的计算，5G就需要更高复杂的计算了。这张图我们看到无线通信从单传输到3G、4G多机损的时候，这个能力越来越强。我们发现原来做单天线的时候一做一发，负负有余，用多天线是为了增加容量，但是代价是复杂度提高了，用计算的复杂度换取性能的提升，对无线来说这是值得的，因为频谱资源太有限了。所以我们做的就是用复杂的计算换取容量的提升。因此通信越来越依赖于计算，到了大规模MIMO就更是如此了。

计算的这条线，计算从单机计算并行，一直到云计算，也是把通讯放里面的。5G未来网络一定是融合的网络。

通过计算，这是大家都熟悉的信息论中的形式，在物理层，我通过计算的复杂度，高级的信号处理和MIMO等提升频谱效率。无线网络计算，通过网络协同降低干扰，提升资源利用效率。

前面提到无线网络的虚拟化，我们也在做虚拟化，但是可能有一点差别。这是我们国家给出来的需求，各个指标上外面是5G的要求，里面的花蕊是4G的能力，要求都比4G高了很多，流量密度要达到1000倍，高密度网络已经成为了发展趋势，到了5G以后，它要增加流量密度，覆盖已经不是主要目的了。这么密集会是什么样子呢？这是北邮校园，如果按照5G网络平均站间距是30米，这是一个很大的挑战，并且它是异构的一个场景。这种场景密集部署异构网络会带来很多的问题，干扰的问题，信令冗余，信令开销大，业务响应时间长，原来网都是独立控制的，还有网间资源的无法协调。5G时代特别充溢刚才张宏科老师提到的，未来网络应该是智慧协同的，实现资源的共享，我们可以用虚拟化的方式实现一部分目标。无线网的虚拟化和这个概念来自于我们有线网的虚拟化，并能根据网络环境的动态进行灵活的配置，无线网络虚拟化，怎么把不同的资源融合在一起，然后再进行划分，这关于无线网的概念。

我们在核心网中你的虚拟化和我们的无线是有差别的，一个是资源的类型，有的是静态的，无线网络一个是动态的，到底哪部分资源可以虚拟化，天线能不能虚拟化？频谱资源能不能虚拟化，数据调度带宽能目的虚拟化，这些都是我们要考虑的。一个力度问题和复杂度的折中问题。

这是我们关于无线网络虚拟化模型的一个考虑，无线网络要实现虚拟化，至少需要两个平面，一个是认知平面对实现网络的认知，对感知到的信息传递给虚拟化控制平面，在这个图上红色圈内是我们原来网络当中的基础设施，有些无线资源，在虚拟化的内容，包括无线资源，带宽都是我们的资源，还有网络基础设施，比如基站都是我的资源。我们把这些内容用虚拟化的方式映射到差异化，映射到不同的切片上，比如说现在13当中，关于刚才提到了IDA有三个角，对于面向人的服务，面向机器的，面向社会的，会有不同的切片来为它服务。

无线有很多的基站，我们采用了集中和分布式的，这个思想和我们很像，我们把很多的基站布置在了一个基站群里面。虚拟化基站之间是分布式的，我们把它叫集中加分布式的联邦制管控，怎么实现具体的管控和资源调度。我们要虚拟的有无线资源，核心网和接入网越来越扁平。

关于虚拟化怎么用，我举一个简单的例子，无线网当中用多载聚合的方式进行分配，它主要提出的背景一个针对频谱短缺，通过聚合多个载波来增加带宽，把不在一个频段上组合起来，通过聚合来实现一个整合。载波聚合可以在两个层面上实现，一个是物理层，一个是MAC层。还有一个聚合，是关于异构网的带宽组合。张老师的题目定了一个5G技术和技术无线电，无线电的计算，一个通信内部资源的聚合，异构的聚合提供容量。我们的通信是无线电波的，雷达导航都是用无线电波的，我们现在通信频率不够用，就想说能不能和雷达共用，它的硬件可以是一个，都是电磁波，只不过我们通信和雷达的后台处理一样，这个雷达是把电波发出去以后，反馈回来的杂散的波来给目前进行定位。通信的信号只取约定的部分内容，接收机是约定的，通过后代的计算来解决分离的问题。雷达和通信一体化，可以实现我们资源的共享，通过共享，雷达和雷达的事，通信和通信的事，但是同样的设施。现在我们国内应该做的，我们也参与做的提出了通导一体化，通信基站无处不在，MIMO各方面都有很好的处理能力，可以通过通信来增强导航，并且在没有通信覆盖的地方用导航卫星实现通信功能，这个可以通过计算来实现。我们在思考起什么名字。我们和张老师探讨，是不是应该有个新名，这个题目上出现了一个计算无线电。

这是关于今天和大家交流的内容。总结一下，无线网络的发展，一开始以网络为中心，后来以用户为中心，现在以数据为中心，关于未来无线电技术的思考，它既要支持移动互联网，也要支持互联网，未来无线电将是基于计算的通信、导航和目标探测深度融合的系统。下一步我们会往计算无线电方向走，也是我们思考的问题。