5G：标准未行，算法等研发已开始预热
发布时间：2015-12-4 14:29
发布者：designapp
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摘要：2015年5月21日，“第一届5G算法创新大赛”在西安电子科技大学启动，其由Altera、西安电子科技大学、友晶科技主办，华为、英特尔、展讯等公司赞助。大赛面向全国大专院校硕士和博士研究生以及高年级本科生开放，预计将有百支队伍参加。在启动仪式上，部分企业家谈了5G的发展规划及研发布局。 FPGA助力通信网络  为了能够把全世界的人类连接起来，以及在任何时间、任何地方都连接起来的这一伟大目标，过去很多年里，无线通信行业经历了令人难以置信的创新、研发、设计和开发为代表的无限可能。目前现有的2G、3G、4G网络已经能够基本完成提供高质量、高可靠性的语音通信服务，同时也能够满足移动宽带网络服务。现在5G已经进入了我们的视野，尽管5G一些具体技术还有待进一步确认，但是已经得到大家广泛的认可，5G不仅要提供更高的容量、更低的延时，同时也要能创造新的商业模式，还能够极大地提高网络的效率，满足各行各业各种不同的需求。 和过去第一代到第四代网络相比，我坚信5G网络一定会提供无缝、更高效、更加灵活的网络服务。电信领域有非常令人难以置信的故事，同时也让半导体行业有动力和需求去创造和开发。 作为全球领先的可编程逻辑器件供应商，Altera相信，FPGA的灵活性、可高扩展性能够继续在5G时代起到一个非常重要的角色。 针对此次5G算法创新大赛，Altera会提供Stratix 5系列芯片。大赛三个算法都希望用FPGA实现，但这并不排斥可以用英特尔CPU做很多工作。早期的时候，像很多算法仿真都是在英特尔CPU上的，同时因为三个算法(注：即SCMA(稀疏码多址接入)、F-OFDM(可变子载波带宽的非正交波形)和Polar Code(极化码))在目前可能并不是一个固化的算法，所以为了搭建完整系统，我们也有一种想法，能够把FPGA和CPU结合起来，这也是未来云的一种架构，两种不同的架构以异构的架构结合起来，能够把二者的优势发挥出来，能够使算法在实际的实现过程中最高效、快速地实现，以及有最高效的性能和最好的结果，并且能够相互平衡，为此，我们需要找到一个最好的架构来解决这个问题。 5G大赛为什么首选在中国?就是因为中国是最早，同时是采用5G技术密度最强的地区之一。另外，作为一个有活力的区域，中国有非常多的优秀学生。 华为的5G研究现状  华为早在2009年就开始5G研究。目前已经投入500名以上研究专家，分布在全球9个5G研究中心。公司在2018年前至少投资6亿美元，用于5G技术的研究与创新。当前已经在组网架构、频谱使用、空口技术、基站实现等多个领域取得了突破性进展。 5G，不仅仅是下一代移动通信技术，更是未来全联接世界的使能者，需要全行业的合作创新。 当前还属于5G标准前研究阶段，业界预计标准研究立项(Study Item) 将从3GPP R14(2016年)开始。华为作为定义5G全球标准的行业领袖，通过长期技术创新和积累，提出5G若干候选技术，包括此次大赛的三大算法SCMA(Sparse Code Multiple Access)稀疏码多址接入，F-OFDM(Filtered-Orthogonal Frequency Division Multiplexing)可变子载波带宽的非正交接入，Polar Code极化码技术。高校学者和大学生在开展理论研究和年轻人创新激情上具有独特优势，华为希望和高校、研究机构联手，实现优势互补。在5G标准化工作启动之前，对5G关键技术与算法实现充分验证，为全球5G标准化最终落地作出积极贡献。 另外，5G的商用化预计在2020年前后，成规模可能要更晚一点。如果能让一些顶尖的学生更早地接触最新技术，将来就能更好地接过5G等下一代无线技术产业这一棒，这为产业培养接力人才也是非常关键的。  5G在万物互联中的应用展望以及形成的技术需求和框架 5G不仅仅为通信服务， 5G将提供使能移动互联网和物联网Internet of Things (IoT)的平台，以用户为中心构建全方位信息生态系统，提供各种可能和跨界整合。 5G的影响将远远超出ICT的行业范畴，华为提出了三个everything的未来发展趋势，即Everything on Mobile，Everything connected，Every function virtualized，获得业界广泛认可。 5G技术的应用，将带来更加丰富的沟通方式和更加真实的体验，智能连接的新境界将从多个层面对提升生活质量产生影响。 ● 华为定义了超业务HyperService Cube， 甄选和日常工作生活紧密相关的15个典型应用场景，如海量链接的物联网、垂直产业场景(汽车，医疗，工业自动化机器人)、终端用户的自组网等，具体如自动驾驶、超高清视频、虚拟现实、医疗保健、智能家居、全联接的智能传感器等场景。 ● 此外，HyperService Cube还从三个维度明确了未来通信最关键的三个需求：时延、吞吐率及连接数，分别对应1、10、100，即1ms的时延，10Gbps的用户速率，以及100个billion也就是1000亿的连接。具体为： (1)1ms零延时和零等待：低于1ms的时延，支持实时移动控制、车联网应用和通信。 (2)10Gbit/s身临其境、类光纤速率的体验：10Gbit/s的数据速率，能够支持超高清视频和虚拟现实应用以及移动云服务。 (3)千亿级超大容量和永远在线：需要同时支持数十亿的应用和千亿级的互联设备。 实现全联接世界的美好蓝图面临许多技术挑战，华为在研究创新上一直坚持投入，当前已经在组网架构、频谱使用、空口技术、基站实现等多个领域取得了突破性进展。 ● 5G频谱 (1)全频谱——华为5G系统支持6GHz以下核心频段, 也将支持高于6GHz的扩展频段。 (2)高频可用于接入和回传Backhaul，通过高低频混合组网获得最佳频谱利用。 ● 5G新空口 (1)在华为提出的一系列5G新空口技术中，最受关注的是自适应软件定义的空口设计：基于SCMA和F-OFDM，以及Polar Code技术。当前华为研发团队已完成了概念原型验证，能有效提升频谱效率、增加连接数和降低业务时延来满足物联网(Internet of Things)业务的部署以及虚拟现实等高带宽的业务需求。 (2)SCMA在相同资源下复用更多用户，增益相对于OFDMA提升300%。另外华为在抗多径全双工技术、大规模天线MIMO技术、全数字化射频技术等领域也取得了创新突破，在提高频谱效率、能源效率的同时，降低全网成本。  ● 5G网络 (1)业务定义的网络 (Service oriented network)：未来5G网络架构将集连接管理、移动性管理、安全性管理和路由管理于一体，以用户为中心，支撑海量垂直行业应用。 (2)核心网功能虚拟化： 核心网将实现更灵活的网络开放和应用创新，核心网基于云架构，按需实现分片(slice)资源分配。 (3)No Cell：无线接入网的创新架构，以用户为中心，突破用户与Cell绑定的传统架构，联合优选多个物理小区链路随时随地适配用户体验，有效提升有用信号、降低信号衰落和干扰。同时因上层逻辑小区唯一识别，可成功规避小区间切换，为实现5G超密度网路架构奠定了基础。 ● 5G基站原型 (1)华为推出全球首款100Gbps无线传输系统原型机，实验室测试速率达业界最高115Gbps，未来总容量可按需在任意方向动态分配。 (2)Micro 50G：接入和无线回传一体化架构;单站支持200多个用户同时高清4K视频通信; 单站支持百万传感器的链接。 (3)100G on Demand小站，内置高低频模块，语音数据接入以低频为核心频段(小于6GHz)，高频作为扩展频谱，支持更大的数据接入，高频可同时按需作回传Backhaul。 计算与通信的融合  我在大学学的是计算机系统结构，记得当时跟学通信的人在一个大班里，都是属于计算机系的。90年代后期的时候，很多学校把通信系独立出来了，我一直想不明白为什么?直到几年以后我才意识到，我们的信息时代前40年是以计算为中心，而最近20年是以连接为中心的。而连接的基础就是通信。 从TCP/IP、互联网，到移动互联网、无线传感网、物联网，到LTE、开始融合，直到现在，刚才余泉总裁也讲了5G到2020年就是一张网，这一张网用四个字来形容的话就是“多、快、好、省”。“多”就是接入数据多，连接的终端多，密度高。“快”就是带宽非常快，延时好的话不但能够支持传统的这些网络需求，还能够直接物联网实时的，能够支持关键任务的需求。“省”就是省电、环保，电池时间更长。实现这样一个宏大的愿景需要很多技术的投入，英特尔这样一家以技术见长的公司，5G时代会有什么作为?其实英特尔很早以前就开始进入通信领域，做过物流企业芯片、手机芯片，做过WiFi，现在看到了一个非常好的趋势就是软件定义网络。 在这些过程中我们有成功的地方，也有值得学习的地方。成功的地方就是两个例子，一个例子就是本世纪初，我们把处理器和WiFi集成到一起了。所以现在大家拿着笔记本、平板不用拖着无线网卡了。第二就是软件定义网络，把网络基础设施定义在开放的架构上。 这两个例子后面都有一个成功所在，就是把计算和通信更好的融合起来了。我前段时间跟一个朋友说这个计算与通信融合的时候，他们很容易理解。说现在大学又把计算系和通信系结合到一起了，这就是融合了。这确实是一种融合，但是现在谈的IT和CT的融合是一种更深刻的、更宽广的融合。我们具体的主要是做几个方面。 第一个融合的方面在于：原来我们的接入网是基于私有的、非开放架构的。现在的趋势是转向开放的架构。从分立的、不相配合的走向相互配合，然后能够虚拟化，能够介入云计算，这样一种切换会为生态系统的人带来改变。 在技术上，服务器需要满足基站的需求。比如空口这边的信号处理的实时性能满足吗?我们花了很长时间做优化，我们把延迟从400多微秒一直降到10微秒。 第二个大的融合，5G接入网扩张了1000倍的容量，而从终端的角度可能会到1万倍。但是核心网、主干网这边只有100倍、10倍的提升，可以想象，通向云的这条路一定会堵塞。那么就把云从中央拉到边缘，拉到接入网。这个边缘的云一定会极大地改变生态。原来我们在无线通信里可能就是设备制造商、运营商，现在很多互联网的服务提供商会有边缘的形态，所以这又是一个融合。 第三个融合就是我们现在要把设备、接入网放到一起来，做一体化的虚拟化。我们要把设备，把我们的接入网基站和微基站、宏基站看做一个整体，在这样一个整体里面通过虚拟化技术，使得数据和计算能力可以随意的迁移，这样能够最大化5G效率，实现很高的带宽、很低的延迟。所以这又是一个计算和通信的融合。 为了实现这一融合，我们投入了很多技术的研发。包括空口怎么演进?网络怎么改良和设计?从建模到基站到整个接入网平台的架构。从技术到商业模式，到新的合作模式我们都在探讨，当然这个探讨不是我们一个人在战斗，5G是一个开放的系统，一定需要开放、协同的创新。所以我们跟华为、Altera、展讯有很多合作。在我们的研究院，在世界各地也是参与了很多5G方面的研究，跟世界各地顶级的科研机构合作。 你必须得投资未来 最后回到我们这个竞赛。英特尔一直是学生顶级研究的支持者，从摩尔定律我们学到的是，在今天这个以指数方式快速变化的世界里，看过去是没有任何意义的，你必须得投资未来。学生就是我们的未来，所以希望今天我们的竞赛很多学生会参与到对现在的这一场颠覆技术中去。他们是真正去改造并且创建未来的主力军。所以希望他们真正能够去享受这个竞赛，能够真正的去冒险，去敢于做下去，把他们学到的知识能够利用起来，能够创造5G的非常美好的未来。 |
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