D:\MAG\2017-06-134/VOL23\See1.VFT——5PPS/P

张万春/ZHANGWanchun1崔丽/CUILi1段晓伟/DUANXiaowei1,2(1.
中兴通讯股份有限公司,广东深圳518057;2.
移动网络和移动多媒体技术国家重点实验室,广东深圳518057)(1.
ZTECorporation,Shenzhen518057,China;2.
StateKeyLaboratoryofMobileNetworkandMobileMultimediaTechnology,Shenzhen518057,China)收稿时间:2017-04-07网络出版时间:2017-05-05DOI:10.
3969/j.
issn.
1009-6868.
2017.
03.
012网络出版地址:http://kns.
cnki.
net/kcms/detail/34.
1228.
TN.
20170505.
1027.
004.
html无线网络与产品演进无线网络与产品演进EvolutionofWirelessNetworkandProductsEvolutionofWirelessNetworkandProducts认为接入速率宽带化、连接对象物联化、网络形态云化、网络运维智能化是无线接入网络的四大发展趋势,同时相应的无线网络产品也将产生射频宽带化、通道阵列化、软件组件化、基站云化等重要变革.
指出了5G的商用进展将比预期更快,而其商用的关键在于产业链是否完整,终端将是影响产业链成熟度的关键因素.
同提出中兴通讯致力于做5G创新的引领者,在2017年巴塞罗那通信展上已经发布了一系列面向预商用的5G产品和方案.
无线;5G;产品;演进;趋势Inthispaper,broadbandaccessdatarate,internetofthings,cloudnetworks,intelligentnetworkoperationandmaintenanceareconsideredasthedevelopmenttrendsforwirelessaccessnetwork.
Meanwhile,importantchangeswillbemadeinwirelessproducts,suchasbroadbandradiofrequency(RF),arrayedtransceiverchannels,component-basedsoftware,andcloudbasestations.
Thecommercialprogressof5Gwillbefasterthanexpected,andtheintegrityofindustrialchainisthekeyfactor.
Moreover,terminalswillbecomethekeyfactorregardingthematurityof5Gecosystem.
ZTEreleasedseriespre-commercial5GproductsandsolutionsinMWC2017,andisaimingtobetheleaderof5Ginnovation.
wireless;5G;product;evolution;trend中图分类号:TN929.
5文献标志码:A文章编号:1009-6868(2017)03-0053-005摘要:关键词:Abstract:Keywords:1无线网络发展趋势1.
1宽带化宽带化是无线网络发展的最重要趋势.
随着移动应用的蓬勃发展,以及移动高清视频业务的爆发式增长,无线网络宽带化将进入新的阶段.
图1是2015—2020年移动数据业务增长趋势,未来几年移动数据吞吐量将飞速发展,到2020年视频业务将占据75%的流量[1].
为了应对数据流量的高速增长,可以通过以下几种技术途径提升无线网络的接入宽带.
(1)大规模天线技术.
中兴通讯Pre5G方案创新性地把5G关键技术之一——大规模天线阵列(MassiveMIMO)提前应用于4G网络,用户不需要更换4G终端即可享受接近5G的体验.
鉴于中兴通讯在MassiveMIMO技术商用方面的领先优势,日本软银于2016年9月率先在其商用网络热点区域部署MassiveMIMO技术,显著提升了系统容量.
此外,中兴通讯对低频段MassiveMIMO在5G中的应用也进行了深入的研究和探索,具体来说主要表现为如下几个方面:高效的MassiveMIMO信道信息获取机制.
对于时分复用(TDD)系统,通过优化上行信道质量测量的发射和接收,天线校准技术,以及信VoIP:网络电话图1移动数据增长趋势2015—2020年复合增长率%201520162017201820192020EB/月35302520151050移动文件共享(1%,2%)移动音频(8%,6%)移动网页/数据/VoIP(36%,17%)移动视频(55%,75%)年份企业视界张万春等ZTETECHNOLOGYJOURNAL无线网络与产品演进532017年6月第23卷第3期Jun.
2017Vol.
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3中兴通讯技术1D:\MAG\2017-06-134/VOL23\See1.
VFT——5PPS/P道的互易性实现MassiveMIMO信道信息的有效获取;对于频分复用(FDD)系统,采用降维和沿用码本反馈的形式来实现MassiveMIMO系统信道信息的有效获取.
统一的多天线传输方式,化繁为简.
中兴通讯所设计的MassiveMIMO传输方式,使用同一种下行控制信令,根据无线信道状态实现单用户多入多出(SU-MIMO)和多用户多入多出(MU-MIMO)的自适应选择和灵活切换.
分离的测量/反馈和传输机制.
中兴通讯创造性地提出MassiveMIMO设计应该遵循测量/反馈和传输分离的原则,即对不同的传输模式,定义一套通用的测量/反馈模式,减少了复杂度,具有更好的适应性.
更可靠的码本构造设计.
中兴通讯所设计的码本综合考虑了双极化、富散射和贫散射以及不同频段的影响,使得码本具有更好的鲁棒性、适应性.
我们相信,中兴通讯在低频MassiveMIMO上的研究成果和贡献,必将对MassiveMIMO的标准化推进起到积极的作用.
(2)载波聚合技术.
当前2载波、3载波聚合技术已经商用,未来将逐步发展到5载波及以上的大量载波聚合(MassiveCA).
同时,由于授权频谱资源有限,将长期演进(LTE)技术扩展到非授权频谱(如2.
4G、5.
8G)的授权频谱辅助接入(LAA)技术将逐步成熟,并被用于进一步提升网络容量.
(3)高阶调制技术.
下行64阶正交振幅调制(64QAM)和上行16QAM调制技术在4G网络中已经成熟商用,后续将逐步演进到下行256QAM和上行64QAM.
另外,3GPP已经确定,5G数据业务的信道编码不管是长码、短码都采用低密度奇偶校验码(LDPC).
中兴通讯在LDPC领域有10多年的技术积累和储备,所设计的准循环LDPC码具备优秀的译码性能,灵活的码长、码率,强大的译码能力,更低的译码延时,更低的复杂度等特征.
(4)高频大带宽.
提升系统容量最直接的方式是增加频谱带宽.
4G受制于有限的频谱资源和单载波20MHz带宽,难以进一步提升系统容量.
5G打破了这个"瓶颈",支持高频厘米波或毫米波,并支持几百兆甚至1GHz以上的载波带宽,因而可达10Gbit/s以上的速率.
高频通信通过高增益波束及自适应波束切换/波束跟踪技术来解决信号的传输距离问题.
中兴通讯针对高频通信的特点,设计了完整的技术方案:一套适用于高频通信的物理层参数,包括正交频分多路复用技术(OFDM)的子载波间隔、帧长、循环前缀(CP)长度等;一套完整的高频静态信道,包括下行同步信道,下行广播信道,上行接入信道,上、下行波束测量/训练信道,特殊导频信道(如相位噪声跟踪信道)以及上、下行传输信道等;完整的动态过程,主要包括波束发现、波束切换、波束跟踪、波束维持以及波束删除等;多波束之间的协作和管理,主要包括多波束协作传输、多波束之间的干扰管理等.
中兴通讯高频通信方案是一个完整的设计,基本囊括整个通信过程所必须的信道和过程,同时充分考虑高频信道自身的特点,扬长避短,充分发挥出高频通信容量大,延迟低的优势.
1.
2物联化当前,越来越多的可穿戴设备已进入人们的生活,共享单车、智能抄表、智能家居、智能停车、智能环境监测等物联网应用也在快速发展,万物互联的时代正在加速来临,物联网是继移动互联网之后的下一个风口.
早期的物联网技术包括BlueTooth、WiFi、ZigBee、LoRa、Sigfox等,这些技术一般是基于非授权频谱,应用于局部行业和区域,难以满足低功耗广域万物互联的需求.
当前,窄带物联网(NB-IoT)技术已经被3GPP确定为低功耗广域(LPWA)物联网市场的蜂窝物联网技术标准,该技术具备广覆盖(相比全球移动通信系统(GSM)有20dB的覆盖增益)、多连接(大于5万/小区)、低成本(每个模块约5美金)、低能耗(电池寿命5-10年)的优越性能,更关键的是它可以在现有的无线网络基础上,通过平滑升级进行快速部署,使得电信运营商可以迅速开展物联网业务.
同时,面向物联网接入优化的增强机器类型通信(eMTC)技术也逐步成熟,可有效满足中低速率物联网业务的低成本接入需求.
中兴通讯与中国移动在业界率先完成了NB-IoT标准的概念验证,并于2016年11月在乌镇完成了智能停车、五水共治的试商用.
相信随着NB-IoT、eMTC技术在主流运营商网络中的大规模部署,辅以物联网商业模式的创新,万物互联的时代将很快来临.
此外,中兴通讯在5G物联网多址接入这个最具有挑战的领域中,提出了一套完整的多用户共享接入方案(MUSA)[2],具有如下技术特征:(1)高过载率,支持海量连接.
采用非正交多址接入,其过载率在单天线(基站侧)时能达到300%,如使用多天线(基站侧),则过载率能达到600%以上.
(2)真正意义上的免调度,显著降低物联网节点的功耗和成本.
MUSA技术从根本上实现免调度功能,在保证高过载率的前提下,实现物联终端想发就发,不想发就深度睡眠的能力.
(3)相对简单的接收算法,终端成本更优.
MUSA采用短码扩展,且充分使用星座图的先验信息,复杂度相对其他算法下降了几个数量级.
企业视界张万春等无线网络与产品演进ZTETECHNOLOGYJOURNAL中兴通讯技术542017年6月第23卷第3期Jun.
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VFT——5PPS/P基于上述技术特征,在物联网的5G标准化过程中,MUSA技术具有较好的标准化前景.
1.
3云化随着移动互联网的快速发展,各种移动业务层出不穷,这些应用快速出现、快速迭代、快速消退,同时不同业务也存在较大的差异性,这就要求无线网络更加灵活、快捷和开放,云化成为了移动网络发展的重大趋势.
对于电信网络来讲,虚拟化是云化的基础.
如图2所示,在虚拟化的基础上,云化的演进分为3个阶段:(1)基础设施即服务(IaaS),此阶段通过资源的池化降低网络成本;(2)平台即服务(PaaS),这个阶段实现了组件的可编程和网络能力的部分开放;(3)云服务(XaaS),这个阶段实现了网络能力的全面开放和按需的网络切片.
中兴通讯多年来持续推进云化战略,首先在核心网侧实现了设备的虚拟化,包括虚拟化演进分组核心网(vEPC)、虚拟化IP多媒体系统(vIMS)、虚拟化用户数据中心(vUDC)等,目前基于PaaS的云工厂(CloudWorks)方案正逐步走向商用,截止2016年全球已部署虚拟化商用/概念验证(POC)项目180多个.
同时,虚拟化和云化也在向无线侧推进,云无线接入网络CloudRAN以虚拟化基带单元(BBU)为主要构成,结合移动边缘计算(MEC)技术,使得无线网络具有灵活弹性的容量、多制式融合接入和协同的能力、开放业务能力,以及向未来5G平滑演进的能力.
1.
4智能化随着移动互联网的蓬勃发展,无线网络越来越复杂,终端种类繁多,用户参差不齐,不同的行业用户或业务有不同的业务体验需求.
网络智能化可帮助运营商高效地管理网络、用户和业务.
在当前及未来几年,网络智能化主要体现在两个方面:大数据应用及面向5G的网络智能编排.
中兴通讯无线大数据系统VMAX包含网络分析及优化、用户感知评估及优化、日常投诉快捷处理、网络价值挖掘等多个功能,帮助运营商显著提升运维效率,并助力市场营销提升运营收益.
当前VMAX系统已在全球近20家运营商网络中部署商用.
2无线产品演进回顾历史,像砖头一样笨重的"大哥大"曾经给我们留下了难以磨灭的印象.
在过去的30多年里,手机经历了摩托罗拉称霸的模拟电话时代,诺基亚占据半壁江山的功能机时代,HTC/黑莓崛起的互联网手机时代,以及iPhone风靡全球的智能机时代.
摩尔定律主导的微电子技术高速发展给移动终端带来了突飞猛进的变化,又给幕后的英雄——无线网络产品带来了怎样的冲击呢在过去的30多年里,无线网络产品最明显的两大趋势分别是设备的小型化和多种接入制式的融合化.
(1)设备小型化.
以无线接入网络中的基站产品为例,在过去的30多年时间里,得益于基带信号处理芯片、通信微处理器集成度的提高,基带系统从一个大机框变成一个仅有2U/3U高的基带单元(BBU);高效功放技术的持续改进使基站射频系统从多个分离的笨重射频模块变成一个高度集成、体积只有一二十升的远端射频单元(RRU),整个基站系统重量降低了十几倍,处理能力却提升了几十倍.
基站设备的小型化不仅给运输和安装带来明显的便利,还给移动运营商节约了大量的站点建设费用、铁塔/机房租赁成本和电费开支.
BOSS:业务运营支撑系统EMS:网元管理系统IaaS:基础设施即服务NFV:网络功能虚拟化NSO:网络服务编排器PaaS:平台即服务RO:资源编排器SDN:软件定义网络SDN-C:SDN控制器TCO:总拥有成本VIM:虚拟基础设施管理VM:虚拟机VNE:虚拟网络映射VNF:虚拟网络功能VNFC:VNF组件XaaS:云服务图2网络云化演进步骤软硬件解耦2015—2018年资源池化降低TCO网络开放可编程全面网络开放和切片2016—2020年2018—2025年NFVIaaSPaaSXaaS2015年以前大数据BOSSEMS大数据BOSSEMSNSOROVIMVNE1VNFCsVMsVNE1VNFCsVMsVNE1VNFCsVMsVNFVNFSND-C云通用组件虚拟化VNFVNF云通用组件虚拟化大数据BOSS大数据BOSS3rdParty3rdPartyVNFCVNFCSDN-CSDN-C虚拟化DevOpsVIMDevOpsVIM业务使能层企业视界张万春等ZTETECHNOLOGYJOURNAL无线网络与产品演进552017年6月第23卷第3期Jun.
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3中兴通讯技术3D:\MAG\2017-06-134/VOL23\See1.
VFT——5PPS/P(2)多模融合化.
21世纪初期,2G、3G网络仍是移动接入网络的主力军,4G网络逐步规模商用,免费的Skype通话业务和社交软件如Facebook、微信对移动运营商的语音和短信业务带来巨大的冲击,多网独立建设、共同运营带来的运维成本压力逐渐凸显.
2006年中兴通讯率先在业界提出软件定义无线电(SDR)理念,并在2008年发布基于SDR的UniRAN软基站平台,可以借助一套硬件设备支持2G/3G/4G多种无线制式的融合和共存,最大限度降低了移动运营商的网络改造费用和多模运维成本.
另外,2G、3G融合的基站控制器平台也同步推出,可以通过软件灵活分配2G、3G无线接入制式所使用的硬件资源,不仅提高了硬件资源效率,还减少了设备种类,为移动运营商节约大量的网络运营开支.
展望未来,5G业务将从人与人之间的链接拓展到万物互联,应用领域从增强的移动宽带eMBB拓展到多种垂直行业,所使用的频谱资源也将从低频段拓展到厘米波和毫米波,从而引起无线接入网络产品的形态发生射频宽带化、通道阵列化、软件组件化、基站云化等重要变革.
(1)射频宽带化.
随着移动接入带宽的逐步提速,多制式、多载波、多频段共同运营造成铁塔上的射频盒子越来越多,天面空间越来越紧张,迫切需要引入新的技术来减少铁塔上射频盒子的数量.
在6GHz以下蜂窝通信频段,超宽带射频单元(UBR)可以显著降低射频模块的数量.
作为无线创新的领军企业,中兴通讯充分利用氮化钾等宽带射频器件的研发成果,用一个超宽带射频单元同时支持两个频段(如700MHz与900MHz,1.
8GHz与2.
1GHz,2.
3GHz与2.
6GHz),高效解决了4G时代多制式、多频段共存所面临的关键难题.
6GHz以上频段有更为丰富的频谱资源,因而高频通信成为5G技术解决超高速接入问题的首选方向.
为了支持20Gbit/s的峰值速率,5G在高频段将采用几百兆甚至上吉赫兹的载波带宽,射频宽带化成为高频通信难以避免的趋势.
(2)通道阵列化.
当运营商的频谱资源有限时,提高频谱效率是提升网络吞吐量的最优手段,而在提升频谱效率的所有技术中,多输入多输出(MIMO)技术效果最为明显.
作为5G的关键技术之一,MassiveMIMO可借助大规模天线阵列的波束赋型能力和空分复用技术成倍提升系统的吞吐量.
在2015年巴塞罗那展会上,中兴通讯创新性地将MassiveMIMO技术提前应用于4G网络,发布业界第一款可商用的Pre5GMassiveMIMO基站产品,荣获GSMA颁发的"突破性创新奖"和"CTO选择奖"两项殊荣,并在2016年9月实现规模商用.
如图3所示,当采用128个天线振子,64个独立收发通道时,Pre5GMassiveMIMO基站可以将小区吞吐量提升4~6倍.
MassiveMIMO将是Pre5G和5G时代的一个重要发展方向.
可以预见,在2.
6GHz以上频段,由于振子间距更小,独立射频通道的数量可以进一步扩展到128个甚至256个,从而支持更为精准的波束控制和更高的并发流数,将小区的吞吐量提升到一个更高的水平.
(3)软件组件化.
2G到4G时代,移动接入网络服务的主要对象是人,业务类型以语音和宽带数据为主,在实现层面采用软、硬件紧密耦合的设计,此时网元之间的界限及每个网元的功能是确定的.
未来的5G网络需要支持增强移动宽带(eMBB),海量机器类型通信(MassiveMTC),超可靠及超低延迟通信(uRLLC)3类典型业务,不同业务对接入速率、连接数量、传输时延、移动速度、电池寿命等网络指标的要求存在较大差异.
此外,5G需要服务于商业模式可能迥然不同的众多垂直行业,且多种不同的商业模式都要在一个5G网络架构下和谐共存,这就要求5G网络的架构必须要非常灵活.
因此,5G时代需要结合垂直行业的特点实现灵活的网络切片功能和逻辑切片内部功能模块的按需编排,因而软件功能模块不再是与硬件实体紧密耦合的一个整体,而更像是打散的功能组件"积木",可以按需组合出适合特定行业的最优端到端"网络切片".
(4)基站云化.
基于SDN/NFV的虚拟化技术在核心网已经得到了广泛的应用,使网络的性能、弹性与开放性均获得了大幅提升.
5G时代无线接入网络也将引入NFV技术,实现最大限度的硬件通用化和资源效率的最大化,从而高图3Pre5GMassiveMIMO企业视界张万春等无线网络与产品演进ZTETECHNOLOGYJOURNAL中兴通讯技术562017年6月第23卷第3期Jun.
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34D:\MAG\2017-06-134/VOL23\See1.
VFT——5PPS/P效支持多技术同时接入和跨技术的动态业务带宽聚合和负荷均衡,使得"网络自动配置,网络随需而变"成为现实.
在基站虚拟化/云化的道路上,中兴通讯与Intel深度合作,进行了大量的探索和试验.
现阶段,考虑到基带媒体访问控制层(MAC)和物理层(PHY)的紧密耦合特性及高实时性的处理要求,通用处理器的性能与成本等因素,我们认为采用高性能通用处理器与硬件加速器融合的方案是实现基站云化的最优途径.
另外,基于无线网络云化和软件组件化的趋势,我们预计未来的5G网络硬件设施会以数据中心(DC)的形式出现,5G网络根据业务类型生成多个逻辑切片,每个切片中的逻辑功能按需组合,并运行在地理位置最合适的数据中心或加速器中.
从另外一个角度,基站也变成了一个边缘接入和云计算节点,不仅承载无线接入的基本功能,还可以集成宽带WiFi接入、本地网关、移动边缘计算、内容缓存、第3方应用等功能.
3中兴通讯5G研究进展及5G视点3.
1中兴通讯5G研究进展2017年2月巴塞罗那世界移动通信大会上,5G成为当仁不让的焦点.
中兴通讯在5G高频段和低频段都投入了大量研发资源,发布全球首个Pre5GFDDMassiveMIMO基站,并推出面向预商用的5G高、低频系列射频产品,面向5G的下一代基带产品ITBBU,面向5G承载的Flexhaul等解决方案,为5G预商用做好了准备.
3.
25G商用是否会提前2016年,综合考虑运营商的4G网络规划和投资回报、5G技术研发、频谱分配、产业链成熟度等因素,业界普遍预期5G将在2020年商用.
不过,已经有部分运营商急不可耐,计划在2017年就部署相关设备,在2018年商用5G.
对此,中兴通讯认为,5G商用关键在于产业链是否完整,终端将是影响产业链成熟度的关键因素.
从产业链来看,大规模商用首先要基于统一的标准,比如说第1阶段的eMBB场景,必须形成从芯片、终端、系统设备到商业模式的完整产业链.
总的来看,未来几年5G的推进速度比想象的要快.
3.
35G商用的核心驱动力是用户需求运营商对网络的定位,是以用户需求为考量.
对运营商而言,如果网络口碑不够好,势必会影响到高价值用户,尤其是随着视频成为移动互联网的基础业务,虚拟现实(VR)/增强现实(AR)等大带宽应用逐渐流行,领先国家的运营商必须及时升级自身网络,迎合用户的网络体验需求.
对终端厂商也是如此,想要保持或提升行业地位,必须提前关注、投入5G技术,否则很可能被市场淘汰.
3.
45G标准之争从无线通信的标准演进来看,2G、3G、4G到5G标准都要做到开放和兼容.
任何一个通信标准在形成过程中都会定义一些关键技术,所以在5G标准制定当中,一定会有沟通和博弈,这种沟通和博弈是健康的、有序的.
对于5G标准的形成,一方面中兴通讯希望体现自有的创新技术在里面,符合业界的价值;同时,在标准统一形成后,中兴通讯会开发满足标准要求的系统.
3.
5关于5G频谱5G频谱目前还没有确定如何进行分配.
5G频谱是一个按需组合的概念,一定是高频和低频结合使用.
我们预计5G会有自己干净的频段,就是已有通信制式没有涉及过的频段,但是也可能会用现有的频谱进行重耕.
4结束语中兴通讯认为在5G时代,ICT技术应用将深入到各个行业,物联网将进入加速发展阶段,并对人类生产、生活方式产生颠覆性改变.
在瞬息万变的时代,中兴通讯强调必须改变一切可以改变的,唯有变革才能引领时代,唯有开放方能共赢.
中兴通讯将构建开放的商业模式,助力企业数字化转型,带动产业结构调整与升级,打造一个万物互联的数字世界.
致谢本文得到中兴通讯无线规划部丁光河的鼎力帮助,谨致谢意!
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深圳:中兴通讯股份有限公司,2015作者简介张万春,中兴通讯股份有限公司无线研究院院长、高级工程师;主要研究领域为宽带无线通信及自组织网络;2012年获得深圳市科技进步一等奖,2014年获得国家科技进步二等奖,2016年获得中国通信学会科学技术一等奖,2016年获得国家科技进步奖特等奖.
崔丽,中兴通讯股份有限公司副总裁;负责公司无线产品经营部产品策略、规划及经营,具备丰富的专业知识以及多年的电信行业管理经验.
段晓伟,中兴通讯股份有限公司无线规划部资深方案架构师,移动网络和移动多媒体技术国家重点实验室成员;负责4G、Pre5G、5G创新方案的开发及市场营销工作,积累了丰富的电信行业知识及多年的无线网络技术行销经验.
企业视界张万春等ZTETECHNOLOGYJOURNAL无线网络与产品演进572017年6月第23卷第3期Jun.
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3中兴通讯技术5