邬贺铨:5G是科技战略的未来制高点
2019-02-01 09:46:03
  • 0
  • 0
  • 2

来源:通信和互联网的扫地僧

我们走过了第一代移动通信。它是一个蜂窝小区,用频率区分用户。GSM以时序区分用户,3G以码道区分用户,4G是把多个维度利用起来。现在到5G,我们进入移动化社会,移动通信差不多十年一代,峰值速率已经是十年1000倍。

如果说1G到4G是面向个人的,5G会面向产业互联网和智慧城市服务。移动互联网、工业互联网,将带动我们进入一个智能社会。

5G主要有三个应用场景,一个是增强移动宽带,一个是超可靠低时延,一个是广覆盖大连接。移动通讯发展这么多年来,物理层技术改进提高了5倍,频谱展宽提高了20倍,主要是靠小区分裂,就是把蜂窝做得越来越小,容量越来越大。基本上按照通信定理,把蜂窝做得很小,基站很密,天线做得很多,频段展得比较宽,也有一些物理层的改进。

5G跟4G比,5G的峰值速率比4G提高了30倍,用户平均体验数据率提高了10倍,频谱效率提高3倍,能支持500公里时速的高铁,接口延时减少了90%。连接密度做到一平方公里能有100万个传感器连到一个网上,能效提高100倍,流量密度提高100倍。4G的时候峰值速率只有600多兆,平均速率只有10兆,而5G峰值速率做到20G,平均速率做到100兆。

整个5G的移动接入网,过去从2G、3G向扁平化走,后来又进一步分解,有一个无线单元的基站,传到分布单元,然后再到集中单元。

为什么要这样分开呢?我们可以看到传统的蜂窝很密,每个蜂窝的忙闲是不均匀的,有些蜂窝比较忙,有些蜂窝比较闲,现在我们把基带处理集中,做成基带池,集中、合作、绿色、云化,这样一来就可以做到很好的资源调度。DU是对应每个微蜂窝的,CU是集中性管理,5G的网络和4G是有很大不一样。

另外一个很大不一样是大规模天线,我们是两发一收,一发两收,为什么要这样多天线呢?如果只有一发一收,可能是蓝色的信号,它在传播当中会受到削弱,可能很多时候不好。

第二个信号是绿色的,它走的路径会稍有不一样,所以发生削弱的时间不一样,两个合起来基本上就是红线,基本上是平的,可以降低无线传输的影响。实际上我们现在不是两发一收、一发两收,是多发多收。多到什么程度?128根天线,或者256根天线,好处可以做到波束成型。

原来天线发射,它不知道你在哪里,你收到的信号可能就是其中之一,现在是对着用户发送,因此能量大大节省,而且减少彼此之间的干扰,这个图上60×64的天线,我们的效率就会比正常情况下提升了300%,所以应该说5G是靠很多新技术支持的。

另外基站很密。5G目前工作频率一段是6GHz以下,一段是6GHz以上,目前我们会先做6GHz以下,它比4G的频率高得多,这时候传播的损耗就比较大,传得不那么远。这种情况下,它的基站就很密,很密的基站体验就不太好。你开车一会就切换,体验肯定不好。所以我们现在要改成什么呢?

用户数据走的是微基站,信令数据走的宏基站,宏基站的半径比较大,也就说你在微基站之间穿越的时候,你的信令并没有变,所以你并没有切换,但是用户数据量已经从一个微基站转到另一个微基站了,所以5G的基站架构也是不一样的。中国现在的移动通信基站数已经是670万,5G的时候,频率要比4G高得多。一般5G的基站数是4G的4到5倍。到时候有3000多万的基站,基站数量会增加。

另外,我们说所有业务都走一个传输路径实际上不合适,5G有手机业务、智慧工厂业务、高速移动的汽车业务、高铁业务,这些业务带宽不一样,要求可靠性也不同,都走到一个物理设施上面,质量是没法保证的。

所以我们需要把它分别处理,但是物理设施不能变。所以,在物理设施不变的基础上,我们通过切片的办法把不同业务通过云平台,通过协同调度,按照它的业务要求,组织网络的资源来适应它的需要。所以,虚拟化的切片技术是5G的重要技术。

另外,传统的路由器有转发功能,有控制功能,过去路由器收到IP包,查一下地址,按最短路径优先转发,并不管全网的优化。现在大数据时代,我们要把路由器改成什么?把控制功能集中成为网络操作系统,把应用功能抽出来,路由器纯粹承担一个转发功能,整个路由由网络操作系统收集大数据以后,全网来布局,这样做到全网优化。

另外一点,过去路由器是专用的硬件、专用的操作系统、专用的中间件,交换机、网关也一样,网络设备品种很多。现在我们要考虑到把它硬件统一,这个设备究竟既当交换机,要当路由器,还要当网关,由软件来变化。可以在实际的在线情况下,来改变它。

这有什么好处呢?传统我们互联网是把所有的信号都变成IP,然后IP包是很碎的。它的好处是灵活、碎片化,但时延比较大。而5G需要支持很多宽带视频的业务,一个视频业务甚至可能半个小时,一个小时,有无数无数IP包。可能一个IP包本来是同一个源地址到同一目的地地址,结果被拆成了很多包,一个一个包处理,这实际上效率很低,时延大。

我们根据业务的需求,有些要换成交换机来交换,有些放到以太网,这样可以大大提升效率。也就意味着我的网络设备有些时候是要当交换机用,对某些业务当路由器用。所以我网络设备是要虚拟化的,硬件是一样,但是我通过软件的办法让它需要当交换机的时候当交换机,需要当路由器的时候当路由器,需要当以太网的时候当以太网。

5G更重要是为车联网设计的,我们汽车到汽车,汽车到云,汽车到红绿灯等。现在摄像头跟红绿灯都装在一个电线杆上,物理上装在一起,实际上他们没有关联,摄像头看到没有车了,红绿灯还是红灯。

通过我们5G的车联网,我们可以灵活调度整个交通,真正支撑智慧城市和智能交通。5G本身一毫秒的时延,还有基于边缘计算能够快速响应。现在4G,看到刹车,到车停下来还要花很长时间,而5G通过自动反应,而不完全是人的反应。

另外带宽很宽,我们是几比特的带宽。高清地图准确到厘米一级,都可以动态下载到车上。还有高可靠,5G的可靠性是99.999%。车联网需要重视安全。还有大连接,不管一个马路上有多少车,一平方公里有100万个传感器,都可以连起来。所以,5G对于未来车联网是一个很重要的发展。

现在标准化进行得很快,原来标准化进程没这么快,现在加速了。去年年底完成了非独立主网的标准,今年6月份完成了5G独立主网的标准,明年9月份5G的标准就要完成了。在5G标准完成以后就开始研究6G了,所以第六代移动通信研发也就已经开始起来了,它要做到更多地服务于实体经济,并且能够跟天空地连起来,能够更安全。

我们全世界的移动数据发展,平均每年增加47%,主要是视频。2016年智能手机占整个流量的13%,2021年的时候大约是33%,PC的占比是下降的。3G的时候,全球每个用户每个月大概是3个GB的流量,相当于看一部高清电影。到5G的时候,一个月是30GB的流量,相当于看10部高清电影。

这是中国移动用户的数据,竖线是整个我们网络的移动流量。今年上半年网络移动流量就超过了去年全年,到这个月份,我们平均中国每个移动用户,每人每个月的流量平均是5GB。

5G也是高科技战略的必争高地,美国在今年9月份,特朗普召集了4个运营商发布了“5G FAST”计划,要额外给5G多分配频率,并且要每个州和地方为5G的基站部署提供方便,而且要发动民间投资,但是他还有一句,要阻止纳税人用于可能构成国家安全威胁的公司,就是封锁华为和中兴。

特朗普说5G能为美国创造300万个新工作岗位,刺激2000多亿美元投资,产生5000亿美元经济收入。所以希望快速部署5G,所以美国11月就发布了5G新的频率。到2035年,5G的市场规模会给全世界经济产出增加4.6%,约12.3万亿美元。在全世界,2035年5G将促使全世界GDP增加7%,约35000亿美元,新增就业岗位2200万。对中国来讲,到2035年5G将会增加GDP近1万亿美元,增加就业岗位近1000万。

以上内容来源于2018年12月15日,邬贺铨院士在“改革的规则与创新——2018光华·腾讯经济年会暨风云演讲”论坛上的演讲。

最新文章
相关阅读