獨家重磅：5G時代能否提前到來——專訪中興通訊首席科學家向際鷹

編者註：眾所周知，中國通信的用戶體驗相較許多國家還算不錯，但流量資費較高，所以總體體驗大打折扣。如果最終能夠實現包月不限流量，則消費者的行為習慣將大幅改變，加上VR／AR等消費技術的成熟，最終將能夠讓行業進入爆髮式的增長。

必須指出的是，我國對通信產業十分重視，比如，實際上是將基站設備當成基礎設施來做，而國外更多當成商業項目來做，因此通訊產業的發展比很多國家更為蓬勃，但同時，這也與本土通信企業在技術創新上的不斷投入有很大關係。

我國在通信技術標準領域可以說經歷了以下階段：

1G空白

2G落後

3G跟隨

4G同步加速發展

5G領先力爭主導

而5G恰恰是具有無窮想像力和商業機遇的技術，它帶來的不僅是數據傳輸速度的提升，更是萬物互聯和信息化結合的開端。這無疑是萬眾期待的革新技術，但這一概念提出後已被談論多年，卻遲遲不見實質性的進展，媒體普遍的報道是這項技術「仍處於早期研發期」，因此漸漸淡出了人們的視野。

簡而言之，中興通訊提出的Pre5G概念已完成了技術研發，不久後將投入實際應用。這是否意味著，5G不再是概念？人們獲得5G體驗的時間將大幅提前。

值得注意的是，中國另一主要廠商華為也提出了4.5G的概念。中興和華為推出的技術實際上有很多類似之處，都包括了某些核心技術，比如Massive MIMO，以及大量的天線。這些都可以基於現有4G終端實現的全新技術。

作為全球最具影響力的移動通信大會，MWC評獎委員會給出的獲獎評語是：「這項技術是一個顛覆性創新。」那麼問題來了。這一技術到底為何能夠被稱為「顛覆」？Pre5G 到底是什麼技術？是否能夠將5G時代提前？到底能夠提前多長時間？

為了深入理解這項技術，DT君一早便來到了位於海淀區的中興通訊北京研發中心。

進入大樓，斑駁的牆壁、簡單的裝修，給人偏簡陋的感覺，更像是一個早期創業公司的辦公場所。隨後，我們見到了中興通訊首席科學家向際鷹，整個採訪過程十分迅速，幾乎每個問題還未完整提完，向際鷹就已經反應並作答。而一些問題本準備分開提問，他往往能夠順著邏輯一併給回答了。

其中，最令DT君印象深刻的是，雖然作為首席科學家，向際鷹十分強調理論知識的應用性。從2011年開始，中興已經開始招了很多理論研究人才，理論水平達到一定高度。「但是，如果說想要作出創新點的事，那麼將不能只停留在純數學層面，而是將數學應用到通訊工程實踐，去改善具體的產品」。

目前，從標準提案、預研、原型機到產品，整個過程的難點是：在關注性能的同時，能夠在很早期就關注到實現的複雜性。這可能就是近幾年中國企業在技術研發應用能夠有所創新的一個細節縮影。

以下是DT君基於採訪所做的報道，因為涉及技術問題較多，所以按照小標題進行分類。

5G到底是什麼？

5G，字面上解釋就是第五代（5th generation）的意思，與其說5G是一項技術，不如說一個技術組合，它能比目前4G高103倍的吞吐量，並支持多種業務並存，業界一般認為5G至少包括幾個方面的提升：

1. 基站密度大幅度提升，達到目前的10倍或更多；

2. 頻譜資源大幅度擴展，高頻區尋找一些空白的頻點，達到現有的10倍以上；

3. 頻譜效率大幅提升，達到現在的3～8倍；

4. 成百倍地提升用戶連接數，支持mMTC，降低通訊延遲十倍，支持cMTC；

達到5G到底要攻克哪些難關？

根據上面提出的提升渠道，就可以很直觀地看到為何5G時代來臨得如此緩慢。

　　首先，高密度基站建設需要解決干擾問題，還需要大量的資金、人力以及時間；

　　其次，頻譜難以獲得，且頻譜擴展後必須同時升級終端設備，才可能達到預想的效果；

　　最後，提升頻譜效率其實是三個提升方向裡面最難的。最早的頻譜效率提升目標是十倍以上，在經過了兩年的嘗試後，業內普遍認為10倍提升是MI（不可能的任務）。目前普遍認為，提升至3倍以上，就可達到5G的頻譜效率要求；

因此，從理論上講，5G的實現時間點比較遠，最樂觀的估計也要等到2018年才會有標準出台，2019年開始製造終端晶元，2020年之後才可能有商業部署。

Pre5G又是什麼？

在4G技術已經成熟的今天，通信界的科學家們都探索用各種途徑探索通向5G。而向際鷹的團隊則另闢蹊徑，走了一條所謂「標準透明」的路，即：終端不用更改，但將基站改良到極致，在基站直接使用5G的技術。試圖在不更改終端的前提下，就可以使用戶體驗到接近5G的性能，此項技術稱為Pre5G。

Massive MIMO就是一項代表技術，它本是一項5G技術。與4G相比，Massive MIMO的天線數量提升十倍以上，達到或接近100根。5G MassiveMIMO試圖通過大規模的MIMO技術成倍提升頻譜效率。

經過實測，Pre5G Massive MIMO可提升通訊容量4～6倍，這是一項了不起的成果，這實際上已經超過了5G最低的目標值。MWC大會的評審對於此項技術的「顛覆性創新」的評價也是基於兩點：

1. 在沒有修改終端的前提下，用戶的體驗得到了成倍提升；

2. 比5G標準提前了4-5年的時間，讓大家對於5G的技術有了一個很好地展望；

Pre5G能帶來些怎樣的用戶體驗提升？

該問題可能是所有人最關心的，但是答案非常簡單：那就是大家獲得了一個「更穩定更高速」的網路。用一張圖就可以讓你明白：

圖中的五部手機只是小編給出的示意圖。從圖中可以看出，基於4G技術的五部手機，在同一空間、時間、頻點上，往往是不能同時工作的。由於LTE的幀長特別短，只有1ms，所以各個手機在時間和頻點之間不斷切換時，用戶誤以為五部手機同時工作，但實際上五部手機的吞吐量都成倍下降了。遠遠達不到LTE所宣稱的峰值。

而Pre5G則是利用多用戶空分復用（SDMA）技術，讓5部甚至更多終端能夠同時通訊而幾乎不互相干擾，達到大幅度提昇平均吞吐率的目的，這樣，雖然手機沒有改良，但所有手機所感受到的吞吐量都成倍提升了。

換言之，Pre5G會給大家帶來一個更加「穩定和高速」的網路。

Pre5G的技術難度和突破主要在哪裡？

從實現難度上看，Pre5G基站的難度在某種程度上甚至大於5G，這是因為5G基站和終端會配合，有了終端的配合，基站實現難度大幅降低，而Pre5G終端沒有改進，不配合，為此基站要付出更高的複雜性代價才能達到同樣效果。例如，基站側需要通過複雜的校正機制，單方面實現皮秒級（ps）的時間精度以便利用對稱性信息。

向際鷹稱，對於單信道容量已接近香農限，則在同樣的頻段、同樣的時間段、同樣的無線傳播空間下，唯一可成倍提升容量的技術是空分復用（SDMA），但是，SDMA是一項「相干技術」，那麼傳統的基於統計的方法，已不再適用，需要採用「解析方法」，即，對信號進行精確測量，形成精確的「零陷」，而這將付出巨大的複雜性代價。

在Massive MIMO研發的過程中，除了「標準透明」問題之外，項目組遇到的最大問題是計算複雜性，早在幾年前，中興就自研了一顆比較超前的矢量處理器晶元（Vector Processor），一個clock可以完成幾十個獨立的運算。而Massive MIMO的矩陣運算恰好並行度很高，因此，解決了massive MIMO功耗，體積問題，這樣才能把此項技術推向實用化。

從成本角度來看，Pre5G唯一增加的是基站改造的費用，不需要更改終端。而在這一方面，中興通訊在開發這項技術的一開始就有了考量，中興自研的矢量處理器晶元不但可成倍提升處理能力，也能相應降低成本。最終的目標是，Pre5G單位流量的價格不升反降。這也是運營商對製造商提出的挑戰很高的要求。

我國的移動網路質量，5G所處的位置？

我國的移動網路質量在全球是領先的。這有幾個原因，中國的基站建設是基於國家戰略層面總體規劃的，因此不同於歐美的利潤導向型建造方式。因此一開始覆蓋率就非常高。另一個原因，中國廠家可提供高性價比，面向各種場景定製化的設備，甚至在珠穆朗瑪峰（海拔6500米）上都有建有我們的通訊基站。所以，中國的移動網路基礎設施是比較領先的。

對於5G同樣如此，亞太地區的國家，包括中國相對而言是非常激進的，這個激進反映在運營商和製造商。例如亞洲的一些大型國際峰會，被用於作為5G測試的節點，這些都無形拉動了5G產業鏈。

5G主要有三個目標：

首先，對於超高吞吐率的eMBB技術，可以配合虛擬現實和增強現實（VR／AR），通過終端和系統的一系列突破，改變所有用戶的行為方式；

其次，對於mMTC，可使物聯網接入數量大幅上升，每平方公里達到上百萬個。今後我們周圍，甚至我們體內，到處都是連接5G網路的感測器或微控制器；

第三點，cMTC具有超低時延，支持連網自動駕駛，實時交互遊戲等新的應用；

總之，5G的藍圖是非常誘人的。不過這些目標都非常有挑戰性，全球的通訊工作者都在朝這一目標努力。

關於VR/AR與5G？

VR/AR是下一個可能改變所有用戶行為的引爆點，但在引爆之前，需要解決幾個關鍵性技術問題：

首先，對網路的需求特別大，這是因為VR的視角遠遠大於手機，眼睛的解析度很高。加之雙眼立體視覺，使得流量成幾倍幾十倍的提升。從這個意義上說，5G提出千倍容量需求並非空穴來風；

其次，網路問題解決了，終端還必須大幅度提升。這需要很多實現細節方面的創新，例如，蘋果確實完成了一些創新，讓原來需要按5個鍵的操作，變成只需要按一兩個鍵，正是這些細節創新，這些細節創新改變了用戶的行為模式（人人都隨時拿著智能機）；

而要達到「人人都戴VR、AR頭盔」，至少還要在體積、重量，耗電上有較大突破才行。目前業界正在努力；

目前，該領域處於應用層面還沒有突破，但底層的基礎技術已經處於全面開花的階段。在應用層面，三星今年MWC上作的演示，甚至淘寶VR購物等，都具有拉動效應。一旦取得技術突破，VR、AR將就會爆炸式的增長，也會強烈拉動5G的需求。

中興也積極介入這一領域，並在很多基礎技術如壓縮、AI、硬體等方面有很好的積累。傳統認為，中興是屬於做基礎設施以及傳統管道，但我們也在往上拓展。

所以，對我們而言，現在也是技術爆發的密集時間點。

關於空基通訊

空基通訊的研究近年十分活躍。典型的空基通訊包括氣球、太陽能飛機、衛星等等。

空基通訊目前一些國外公司的研究比較領先，但空基通訊當前還有很多技術問題，例如，氣球在平流層無法靜止，所以位置無法控制；甚至還有聚集效應，如果多個氣球過於靠近會有嚴重干擾。

比較而言，太陽能驅動的無人機表現稍好，但對飛機本身的設計要求非常高。此外，無線損耗與距離成平方反比關係。平流層（20KM）和衛星（數百公里）距地面都太遠，損耗太大。

總之，目前認為空基通訊只能作為地面網路的輔助，而不是替代。

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