用技术创新勾画5G蓝图——专访中兴通讯无线CTO向际鹰博士

　　随着移动宽带网络渗透到社会的各个领域，人们对全连接、提升上千倍容量的第五代移动通信技术5G充满了期待。然而，5G从需求定义到关键技术路线都还有很多值得探讨的问题，业界认为商用将在2020年以后。中兴通讯无线CTO向际鹰博士在2014年6月荷兰召开的全球5G技术峰会上首次提出Pre5G概念，首次把5G技术提前到了4G时代，引起业界很大反响。针对Pre5G以及在5G演进上中兴通讯的进展，本刊记者采访了向际鹰博士。

　　Q：中兴通讯是如何看待5G技术的，5G的发展路径会是怎样？

　　A：3G技术以码分多址为关键特征，4G技术以OFDM和MIMO为关键特征，然而截止到目前，能够明显标识5G的单一技术尚没有出现。中兴通讯认为，5G的关键特性很可能不再是单一技术，而是一系列技术组成的技术族。这样的技术族，从目前来看，至少包括Massive MIMO（大规模多天线）、UDN（ultra-dense network）、高频技术、多用户共享接入（例如中兴通讯提出的MUSA，multi-user shared access），以及协同组网技术。对上述技术，业界争议不大。5G还可能包括一些当前有一定争议的技术，例如FTN（faster than Nyquist）、FBMC（filter-bank multi-carrier）、多元域编码（multi-domain coding）等。同时，5G将是一个融合多种无线接入技术（包括现有技术研究和革命性的新技术），并包括SDN、NFV化核心网的智能化网络。

　　另外，中兴通讯认为，从3G到4G，人们一夜之间感受到性能大幅提升，但从4G到5G，更可能是一个逐渐提升的过程。首先，5G设计会考虑到4G的后向兼容性。从R14开始，5G的一些技术逐渐进入到标准中去。

　　Q：5G技术到底是革命型的还是演进型的？哪些技术属于5G，哪些技术属于4G，如何判断？

　　A：经常听到针锋相对的两种意见，一种意见认为5G是演进型技术，一种意见认为5G是革命型技术。中兴通讯认为，之所以存在这种截然相反的两种意见，正是因为5G没有标识性的单一技术，而大多数5G核心技术都介于“演进与革命之间”的边缘地带，加之“演进与革命”是个主观判断，因此观点各异。

　　好比一个学生考了第一名，99分，那么“成绩好”这个判断就没有争议。如果他考了倒数第一，40分，那么“成绩差”这个判断出没有争议。然而如果考了70分，排名中间，而又一定要给出“好”或“差”两种主观评价之一，则出现截然相反的两种判断就不可避免了。

　　但是，最终仍然需要定义5G，怎么办？中兴通讯认为，对于“哪些技术叫5G，哪些技术叫4G”，更可能以“枚举”的方法进行定义，而不是以单一的指标性要求进行判断。当然，作“枚举”的这个部门，必须有足够的权威，例如3GPP。

　　Q：在今年6月荷兰举办的全球5G技术峰会上，中兴通讯第一次提出Pre5G概念，Pre5G概念产生的背景是什么？如何理解Pre5G概念？

　　A：其实Pre5G是客户需求驱动出来的概念。首先，客户普遍反映，研究至今，仍没有关于5G确切的、权威的定义出现。其次，2020年太久远，大部分客户认为目前没必要立即关注5G。

　　当中兴通讯提出“Pre5G概念”后，人们发现原本迫切需要的“准确的5G定义”变得不那么迫切了。并且，由于Pre5G可基于4G终端很快实现，所以立即与很多人都息息相关，不再是实验室的远期技术了。

　　Pre5G在传统的“演进型”“革命型”二选一判断基础上加入了第三种状态，更易于形成统一的判断。

　　简单地说，Pre5G包含4个要素：一，采用5G的技术；二，提供远好于4G，接近于5G的用户体验（吞吐率、延迟等）；三，远远早于2020年；四，可基于现有空口，甚至采用4G的老终端实现。

　　有人质疑说，5G还没定义，如何定义Pre5G？我们认为，5G虽然从标准角度确实没有定义，但从需求和关键技术方面，已经定义得比较完善了，所以基于一部分公认的5G技术，以及公认的5G需求，定义Pre5G是完全没有问题的。

　　目前，中兴通讯已经在Pre5G技术方面取得了突出进展，相关Massive MIMO、UDN技术已经具备商用能力，这客观上得益于中兴通讯作为全球领先的电信设备供应商，对4G和5G的深入理解。

　　Q：前不久，中兴通讯全球首家完成了Massive MIMO预商用基站的测试，能具体讲讲这个技术和这个测试的意义吗？

　　A：Massive MIMO是5G中最重要的核心技术之一，甚至可称为唯一成倍提升频谱效率的技术（UDN、高频只提升空间利用率，不大幅改变频谱效率）。

　　Massive MIMO的作用主要有两个方面：一是对广播信道（CRS、PBCH等）可形成半动态的针对性覆盖，相对传统天线的静态覆盖而言，覆盖更合理，针对性更强；二是对PDSCH，可形成完全动态的数字波形，从而大幅度提升小区容量。相比于8天线，容量提升达到4～6倍之多。这与5G预期的8～10倍频谱效率提升相比，已经非常接近了。

　　Massive MIMO将天线数从传统的8个，提升到接近甚至超过100个。因此4G传统的信道反馈机制的开销非常大，甚至仅参考信号（RS）就占80%资源。为此，5G中必须大幅度修改4G的信道反馈机制，从而变成一个远期技术。然而进一步研究表明，在TDD模式下，可利用上下行对称性，通过上行的sounding信道估计下行信道，从而在无反馈的情况下，支持任意多路信道测量。相比于直接反馈模式，这种方式由于消除了码本的量化误差，且更快速，因此性能更好。

　　2014年11月，中兴通讯联合中国移动完成了全球首个Massive （3D） MIMO基站的预商用测试，采用中兴通讯64端口128天线Massive （3D） MIMO的基站。该测试最大的亮点是，采用成熟商用的4G终端，并且采用一步到位的预商用基带射频天线一体化的室外站，高集成度得益于中兴通讯高性能的矢量处理基带芯片。

　　在高层覆盖测试方面，Massive （3D） MIMO在35层数据吞吐率3.66倍于8天线基站。在深层覆盖测试中，在RSRP相近的情况下，Massive （3D） MIMO的实测吞吐率达8天线的1.52倍，表明PDSCH具有预期高增益，且中兴通讯的MIMO算法已经一步到位地同时适用LOS（视距传输）和NLOS（非视距传输）的场景。

　　Q：中兴通讯在Pre5G其他关键技术方面有哪些进展？

　　A：中兴通讯作为一线设备供应商，对4G和5G都有深入的理解，因此在Pre5G的大部分技术中都取得了突出进展。

　　UDN是5G关键技术。5G UDN中，与4G中更多关注宏宏、宏微（Hetnet）干扰不同，微微干扰成为主要矛盾。从原理上可沿用中兴通讯在4G宏网中的Cloud Radio技术。

　　中兴通讯在5G UDN阶段的Cloud Radio中，提出了Virtual Cell技术。由网络动态生成针对特定用户的“UE ID”，从用户看来，感知上等同于有一个虚拟的逻辑站点一直跟随自己的移动，因此业务的平滑性、性能都有大幅度提升。

　　MUSA是中兴通讯提出的一项5G技术。传统的通信技术（例如4G），都是采用“正交”的方法区分用户，即，不同的用户分配不同时间、子载波，或空间，互不重合。而MUSA则为每个用户分配一个码序列，然后把这些用户分配到同一个时间、子载波，或空间上。与传统的3G码分多址不同，MUSA为用户分配的码可以是不正交的，只起扩频作用。那么如何区分不同用户的信号？就需要借助于SIC接收技术（successive interference cancelation）。例如对于两个用户，一个远一个近，传统通信方法只能在几乎完全牺牲远端用户的情况下获得最大系统容量，但MUSA则可以一个相对较宽松的条件下，保证较大的系统容量，同时保证用户之间的均衡性。中兴通讯MUSA的特色在于：性能提升明显并且复杂度可控，可支持大量用户接入，而且，原则上不需要同步，有利于提升电池寿命。因此MUSA的上行技术非常适合于MTC物联网应用。

　　此外，中兴通讯投入巨资开发4G矢量处理器芯片，由于该芯片平台具有灵活的可软件扩展架构以及超强的处理能力，所以能够在硬件不变，简单地调整指令集的情况下，就可满足Pre5G甚至5G的要求。

　　Q：Pre5G技术之后，真正的5G技术有哪些？中兴通讯的研究情况如何？

　　A：对于Pre5G和5G技术，中兴通讯都投入重兵，两个阶段有很大的继承性。其实刚才提到的几乎每一项Pre5G技术，都有对应的5G阶段。

　　例如Massive MIMO，在Pre5G阶段，主要基于TDD信道对称性，采用非反馈模式。而到5G阶段，可以不依赖于信道对称性，采用反馈模式。中兴通讯在5G Massive MIMO主要研究反馈信息的压缩感知，并取得了不少成果。简单地说压缩感知就是利用信道在时域、频域、空域上的稀疏性，对参考码（RS）、PMI等信息进行压缩和还原，从而在可以接受的开销下，传送上百个天线的信道信息。

　　对于高频通信，由于衰落特点、多径特点不同，因此空口定义需要进行相应调整，例如为了适应更大的多普勒频移，需要采用更宽的子载波，相应地，子载波数减小，符号减少，CP也需要减少。

　　此外，中兴通讯对目前比较热门的30G频段也有自己的分析。如果30G能够作室外应用，那么应该把50G也划归同样场景，因为，30G和50G的路损差只有大约3dB，而这相对于30G和2G的24dB路损差来说，实在不算什么。另外有人提出30G存在氧衰波谷，适于无线通信，但仔细看氧衰曲线就可以发现，30G的波谷其实只有0.5dB/km，折算到典型的覆盖距离，连0.1dB都不到，完全可忽略不计。中兴通讯建议把频段放宽到50G，而不是60G，是因为60G有巨大的氧气吸收峰。

　　此外对于FBMC、FTN、多元域编码、MTC、D2D等技术，中兴通讯也都投入了相当大的研究力量。

　　Q：中兴通讯在5G研究方面取得了哪些标志性进展？

　　A：2009年起，中兴通讯已开始5G相关技术的研究，比如软件定义空口（SDA）技术等。

　　中兴通讯是5G全球标准研究活动的主要贡献者与参与者。作为中国IMT-2020（5G）推进组的核心成员，中兴通讯牵头负责超过多项5G课题研究任务。

　　2014年5月，中兴通讯在4G Cloud Radio架构的基础上，率先发布了基于动态Mesh的全新5G接入网架构。

　　2014年6月，中兴通讯提出MUSA技术。

　　2014年6月，在全球首届5G论坛上，中兴通讯首次提出Pre5G概念，引起业界热议。

　　2014年11月，中兴通讯与中国移动密切合作，顺利完成Pre5G核心技术Massive（3D）MIMO的外场测试，在Pre5G技术的商用实践上迈出了坚实的步伐。