intel——5G的通信网络架构及平台

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  2014年10月8日，CEATEC Workshop 2014（2015年毫米波段5G移动通信国际研习会）在东京召开，Intel“5G研究及标准项目”首席科学家Geng Wu博士作了5G mmWave Communication: Network Architectures and Platforms的演讲报告，详细介绍了Intel在5G方面的研究进展。

  其最大亮点在于提出了“5G=通信+计算”的理念，并认为5G在关于“通信”方面的发展需求相比此前的移动通信网络更小（这与其他的相关预测相比显得更符合实际，其他的预测都夸大了很多），而5G更应在“计算”方面大力发展，并在此方面实现相对此前的移动通信网络的大跨越。他认为，5G除了要更关注将“计算”融入到移动通信网络，还应以“最终实现通信与计算相融合”为目标。

1、移动通信网络向5G的演进：计算+通信

  在移动通信的发展过程中，1G（第一代移动通信）到现今的4G（第四代移动通信）均主要聚焦于提高通信的质量，而处理（计算）能力则由移动通信终端关注，即通信与计算是分散的，分别由移动通信网络与移动通信终端完成。随着移动通信的发展，这种模式将逐步退出历史舞台，人们对于未来的移动通信网络在可扩展性、多用途、能量效率、容量、智能性、用户体验等方面的要求很高，从而带来了对5G的巨大市场需求：5G=计算+通信。

2、5G对于网络及设备的要求

  目前，移动通信技术的发展正处于转折点——未来5G移动通信网络的性能将以“bit/s/Hz/m2/焦耳”（笔者注：“bit/s/Hz/m2/焦耳”意即“移动通信网络以每焦耳的能量消耗能在每平方米的地理范围内获得多大的频谱效率”）来衡量。主要表现在以下3个方面：

1）空口技术性能

• 在过去10年，移动通信网络的空口技术性能提高了大约20倍，而在下一个10年，移动通信网络的空口技术性能将需要提高3~5倍；
• 并将主要聚焦于干扰消除技术、智能波束成型技术、高性能发射以及接收技术、新的调制体制、新的调制与编码技术，以提高移动通信网络的大规模计算/处理能力。

2）无线频谱

• 在过去10年，用于移动通信网络的无线频谱资源增加了大约25倍，而在下一个10年，用于移动通信网络的无线频谱资源需要增加5~10倍；
• 并将主要聚焦于获得新的授权型频谱、发展基于非授权频谱的移动通信、发展移动通信与其他行业的无线业务共享无线频谱资源的相关技术；
• 并需要大力发展高频段（比如毫米波）移动通信网络空中接口技术，打造新的移动通信网络架构，并设计新的移动通信设备框架。

3）面向移动通信网络及设备的ICT平台

• 在过去10年，ICT在移动通信网络中的应用力度仅提高了1~2倍（这是因为此前的移动通信网络基本上仅关注“通信”，而不关注或甚少关注“计算/处理”）；而在下一个10年，ICT在移动通信网络中的应用力度需要提高40~50倍；
• 并将主要聚焦于发展网络致密（超密集组网）技术、集成多种无线接入技术的叠加型网络、本地承载网（在同一个移动通信基站的覆盖范围内以空分复用的形式）的中继与D2D（设备到设备）、智能的网络“云”及边缘“云”从而最终达到实现“通信”与“计算”相融合的目标。

3、5G移动通信网络架构的发展趋势

1）发展趋势一：基于高频段（毫米波）、可节能的多种无线接入技术叠加型网络

高频段（毫米波）在5G时代的多种无线接入技术叠加型移动通信网络中可以有以下两种应用场景：

（1）毫米波小基站：增强高速环境下移动通信的使用体验

• 在传统的多种无线接入技术叠加型网络中，宏基站与小基站均工作于低频段，这就带来了频繁切换的问题，用户体验差。
• 为解决这一关键问题，在未来的叠加型网络中，宏基站工作于低频段并作为移动通信的控制平面、毫米波小基站工作于高频段并作为移动通信的用户数据平面。

（2）基于毫米波的移动通信回程
 

• 在采用毫米波信道作为移动通信的回程后，叠加型网络的组网就将具有很大的灵活性（笔者注：相对于有线方式的移动通信回程。因为在未来的5G时代，小/微基站的数目将非常庞大，而且部署方式也将非常复杂），可以随时随地根据数据流量增长需求部署新的小基站，并可以在空闲时段或轻流量时段灵活、实时关闭某些小基站，从而可以收到节能降耗之效。

2）发展趋势二：应用于物体（笔者注：物联网的感知对象）、可穿戴设备以及邻近服务的本地承载型网络

 

• 在未来的5G移动通信网络中，无线接入网将会是（多个承载型本地网络的）集群（以空间复用的方式）；
• 每个承载型本地网络用于接入很多类设备、很多种终端，具有很多个连接，可以充分地利用终端的能力（比如手机具有蓝牙、wifi等功能，则可以利用这些功能进行多个连接）；
• 从而在总体上形成一个集计算、存储、组网（通信）等于一体的智能型信息网络。

3）发展趋势三：将“云”扩展至移动通信网络边缘及终端设备侧

• 在功能性终端（如功能手机）时代，采用的是“远端网络+基本终端”的模式，所有内容均集中于网络的最前端；
• 在当下的智能性终端（如智能手机）时代，网络对于内容的分发开始出现分布式架构（通过部署内容/应用分发网络CDN），内容在网络中进一步“下沉”部署至离用户更“近”的地方，并初步部署协作式无线技术；
• 而在未来的5G移动通信时代，内容在网络中将被进一步“下沉”部署到网络的边缘甚至形成本地承载网集群，从而可以大大提高用户的使用体验。

4、5G移动通信网络面向“云”的演进

• 由于采用边缘“云”架构，内容被缓存至移动通信网络的边缘，就大大地缩小了用户至内容服务点的物理距离（系统会自动、智能地将用户的请求重定向到最近的边缘缓存节点）。
• 在未来，边缘“云”架构将在5G移动通信网络中起到至关重要的作用，可以让数据、信息、智能生活随时随地都围绕在用户身边。
• 由此一来，在未来的移动通信网络中，骨干网、城域核心网、城域汇聚网、城域无线接入网的容量相比于现在将分别增大10倍、100倍、1000倍和10000倍。
• 从而，C-RAN就是一种很有发展前途的组网方式，而空口数据负载的实时信号处理则亟需完整的硬件及软件平台解决方案出现。

5、5G移动通信网络设备及接入的虚拟化

• 未来的移动通信应用将会是计算密集型与通信密集型的，而且移动通信终端的外形尺寸将会越来越小。
• 5G移动通信网络的高数据速率，以及无线接入链路的低延迟，将使得跨空口的移动通信设备的虚拟化以及接入的虚拟化成为可能。
• 从功能手机时代到智能手机时代，再到2020年及未来的5G时代，移动通信网络的计算能力在不断得到增强，而且越来越凸显IT虚拟化在其中的应用。

• 部署了边缘“云”架构并实现设备与接入的虚拟化，将“计算”深入地融合到“通信”之中后，移动通信用户与网络/平台之间就将建立起一种紧耦合的关系，用户获得由网络/平台提供的各种移动通信服务将是沉浸式/身临其境般的。