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《5G无线通信系统与技术》

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大家下午好!我做的这个题目是《5G无线通信系统与技术》,应该讲移动通信,但是这里加了无线,我觉得这里还是稍微有一点不太一样。这个话大家很清楚,就是我们中国MT团队的时候,最早5G愿景,一朵很漂亮的5G小花,曾经我们想把它作为中国5G的愿景图,最后我们做成三角形了,但是这个小花很漂亮,应该还是我们大家所追求的。

主要从以下几个方面,一个是趋势与需求分析,然后我们一块研究研究,最后是总结一下。总的来说无线通信发展的需求,从过去的智能网,再到业务网,再到最后的普适服务。同时我们既然讲到无线,还有我们可能讲到WLAN,到物联网、互联网,未来的宽带网会发展得越来越好。大家提的问题很多,但是主要问题还是解决复杂多变动态的无线网的问题,因为这个跟有线不太一样了。所以我们整个网络的情况不太一样,所以我们要知道我们面临的什么问题。

所以总的来说,这个5G系统的发展需求,有几个方面,一个是移动互联网,还有物联网,以及工业互联网,都是强劲的驱动力。在这里我们面临的用户数、连接的数量,还有数据量都呈指数性的增长。所以我们现在的网络可能有一些新的需求。另外这个新型的业务也层出不穷,各种应用对通信系统也有一些新的增加。

另外我们这个5G用户的需求也是不断提升的。我们在这儿看了有几个大的方面,一个是千亿设备的连接,还有一个是海量数据的连接,比如大数据。还有所触即所得的用户体验,这是要做控制的,所以我们怎么样能够在这么短的时间里面,给我们把这种控制的信息告诉我们,这也是短时延的要求。所以从整个方面来讲,我们ITU给出5G的需求,第一个是高带宽,就是上面的这个。另外一个就是我们这个所谓的MMTC,在这里就是物联网,物联网我们现在面临的是窄带,因为我们在现有的频率上,经过不是很复杂的,我认为现在是一个练兵,未来可能会有更多的替代性,像EMTC再到MMTC,这个是我们目前研究的热点。实际上对于左边这块,我们叫URLLC这样一个高可靠性能、低延时的,实际上这个就更说不清楚了。我觉得今天上午我跟国瑞电力公司的人研究,他们的需求提出来,就是非常短时的对电力网的控制,我们用我们传统的通信可能能解决,但是未来它有一些高的要求可能解决不了。所以各个行业之间,都在发生很大的变化。

我们拿一个网络,一个技术,能够包吃天下的事,可能是不行的。就是我们可能必须了解各个行业对我们的需求,然后用不同的技术去针对它,我觉得应该是这样一个所谓垂直化的趋势。这个趋势是非常大的,跟我们面临的2G、3G、4G真是不一样了,我们那个时候大概就是运营商提出几条来,大家一说有个技术往这儿来弄,找个最差的我们来面对一下就行了,2G、3G、4G就成功了。但是对于5G,我觉得怎么讲各个行业都有自己的需求,所以在这一点上,一个技术能够通吃天下的事情是完全没有的,不能把所有的问题都解决。而且未来5G的发展,也不是说单纯的这一块,单纯的这一个或者是我们的物联网,加上其他的行业,有可能它这个变化非常多的,我觉得这种可能我们都要去研究。这其实倒是给我们一些机会,要不然我们也没什么必要研究了,我觉得5G如果按照现在的讲法,基本上一些大公司都做完了,高校已经没有存在再去研究的可能性了。但是正是因为有一些新的需求提出来了,对行业的需求,这个它是完成不了的,所以我觉得我们可能还有很多的机会在里头。

所以在这里面我还讲讲行业的需求,一个是流量,一个连接,一个峰值速率,这里面这三个因素,首先还是找到频率带宽,这是永恒的话题了,一谈到G我们大家自然而然想到你的新频率在什么地方,面临的新频率是什么东西,带宽是多宽,我们能不能支撑?我们现在说得很好听,但是真正能实现,一个手机上面做256个天线,要高精度的,要高定时的,是不是都能做到,大家可能要去考证考证,不能这么简单。新技术、频率效率是我们追求的目标,我觉得现在一个提法,5G好像已经快完成了,我们没有什么存在的价值了。但实际上真的是有很多新东西,尤其是行业还有很多的需求。还有个主网,异构网络融合。

所以对5G全球来讲的话,无外乎是三个,一个是基于4G的增强版本,现在对运营商目前来讲,2017年底已经要实现了。另外就是不考虑向后兼容性的新设计,还有一个是对蜂窝系统的补充,我也不认为是补充,它实际上是不单单是补充,所以美国的5G,我觉得他们可能就是在这个方面下的工夫更大一点,这个也许可能是对的。我觉得按照互联网的观点,大家想想我能做到什么程度就做什么,做不到就算了,我们何苦花很多的钱打造,大家设想一下如果有这么高的带宽,还要什么无缝的对接,无缝的切换,做到就做到,做不到就做不到。我们只要把一些关键的地方能够覆盖住,是吧?我觉得反倒是这个有可能会占上风。如果在新的频率下,它的策略也简单,整个做起来也很简单,这样的话可能会占一些上风。

关键技术无外乎就这么多了,我就不一个一个讲它了,相信大家已经很了解了。

我们在这个实验室里面做了一些工作,简单跟大家汇报一下,一个是我们在高效无缝的无线传输网,特别是自主可重构的无线网络融合,还有一些科学仪器仪器所做的一些工作。

标志性的成果一是泛在无限传播环境测量,我们做了100G的带宽,这是我们目前做的工作。另外在6—100赫兹信道测量与连接,这里面做了一些基础性的工作,这些工作使得我们得到国际的一些认可。我们实验室的一个女同志也是ITO工作组的主席,而且我们现在也在想着做下一步的工作,就是如何把人工智能放进去。实际上大家也想的,将来的这个愿景有可能是多维的,除了那个三角形以外,大家想想还有人工智能的事情。实际上人工智能的事情跟大数据有关系,这个判断学习可能在未来的发展中占有一定的角色,如何能够智能起来,我们也在朝着这方面努力。

同时我们在国家“863”项目里面做两个事情,一个是异构协作网络场景下能效优化设计,国家“863”给了两个项目,我们实验室承担了两项,一个是主网协作。另外一个,就是我们异构协作网络下的能效化的这个研究,我们如何在信道状态差时同时实现扩展小区覆盖和能效最优部署,这两个是矛盾的,你覆盖得好,加大功率就好,加大功率能效不就降低了吗?那肯定是我要省能效的话,会把覆盖降低点儿就行了。但是我们在这里面可能找一些折中的条件来进行部署,做了一些这方面的工作。

第三个方面,就是我们在面向5G的无线网络虚拟化的关键技术,这也是“863”做了一些工作,面向认知的无线网络,它对应的是频谱的高效利用以及异构网络的应用方面做了一些工作。我们按照刘院士的部署,我们从整个国家实验室是作为一体来进行研究的。比方说多域资源的虚拟化方法的研究,还有在通信计算和存储多域资源的认知化,认知协同化的技术方面,比方说我们推出了低复杂度的多域资源互换方法还有认知缓存技术,同时提出低复杂度抗干扰技术。在这里面我们有实验系统,因为做这个,前两个我们都有实验系统,都有验证系统,应该说我们在这方面的工作做得还是比较早的,这个项目已经实现了两三年的光景了,而我们一直在这方面做一些工作。

第四个,大家知道我们做的这个通信测试仪器了,因为通信测试仪器它面临的问题也比较多,特别是在5G时代。5G时代面临的一个是5G峰值速率比4G提升20倍,而且5G频谱效率比4G提升了3倍,5G用户体验速率比4G提升了10倍,这些算法确实都比较复杂,如何利用算法把它装到一个小小的盒子里面,确实是挺考验人的事情。而且关键的麻烦在哪儿呢?你还得先走一步,你不能等人都做出来了我再来玩玩,所以这个事情不是那么简单,至少我的精度要比别人高一个数量级,必须高出10倍。所以比方说我们做的一个5G信道建模与实践,在这方面目前研究的内容比较少,我们要做的是针对毫米波的特性,采用跟踪相结合的方法来建立新模型。大家可能对这个工作,大家都是专家,我觉得这个怎么讲都不为过。其实我们设计一个系统,我们就是对信道的理解,我们对信道完全理解的话,我们的系统就设计出来了。信道如果有了,我们能够在这种条件下做的,最好,所以这是一个很艰难的任务。

目前我们也是在怀柔地区来完成,现在完成了我们系统设计模型,终端不用说了,在系统设计模型的同时,要跟5G的实验要整个相融合起来,这也是我们团队的一个策略。过去可能做的时候,这一步比较少,大家各自是独立的,现在我们把它结合起来,是骡子是马你拉上来遛遛,这个里面要对工具进行现场的测试,所以这项工作也非常的重要。

在后面我们要研究的工作,我觉得有几个方面,一个还是我们的长项,因为我们是背景邮电大学的,我们在研究未来5G后的信道研究,还有一个无线网络的融合,以及未来的泛载,以及未来的无线仪器。我们刚才讲了如何利用一些机器的学习和计算机的视角,我们把一个图片传过来,就能知道当时的信道环境是怎么样的,来进行这种建模,来增加我们所谓的大数据,能把这项工作做得好一点。

内容二,就是我们比方说研究面向无人机群的高速的通信和自主组网。研究内容三,就是业务和网络融合与协作。我们把端到端的传输结合起来,实际上是我们的终端到业务系统,这次就是完全按照这样一个方式来做的,也是跟刘院士,我们在北邮这个节点上做的,只不过把无线加起来了。所以我们要考虑路由以及策略,以及相对关联性的问题等等。

我们以用户为中心的下一代智能网络,我们需要研究的一些关键问题,我们在这儿把它对应起来,可能现有的网络对数据的增长再高因为资源有限,所以也无法动态适应,所以我们用超密集的网络蜂窝建构。我们在这里提的问题就是如何来超密度地解决异构蜂窝网难以协同工作的问题,还有单一的内容获取及传输机制难以动态适应多样化的业务需求,以及已有资源分配方案缺乏对物理资源异构性的综合考量,导致资源浪费。我们目前在做这方面的工作,这方面也有一些对应的策略。

在下面的工作,第四个内容就是面向空天地网络的高频段测试测量关键技术与装备,在这个方面归类是一些重要的资源,也是制约我国未来天地信网络基础是地面网络,核心是天基信息网络。天基信息网络是我国“一带一路”战略及全球战略顺利实施的重要保障。天星互联、地网跨越,还有面向空天网络的测量系统也是我们一直想做的工作。

所以总的来说,我们对这个无线系统已经不再是单单地局限于一个移动通信系统,而是我们推广的无线网络系统里面去了。

总的来说,我们在这一块做了一些工作,我就不再浪费大家的时间了,谢谢大家!