獨(dú)家專訪清華大學(xué)牛志升：超蜂窩網(wǎng)絡(luò)展望5G曙光

9月17日早間專稿（劉念）形態(tài)各異的終端和豐富多彩的應(yīng)用，在極大滿足消費(fèi)者個性化需求的同時，也給運(yùn)營商和整個產(chǎn)業(yè)鏈帶來了很大的技術(shù)與商業(yè)挑戰(zhàn)。面對日益短缺的頻譜資源、逐漸高漲的運(yùn)營成本和增量不增收的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，產(chǎn)業(yè)鏈必須要進(jìn)行改變。在探尋新商業(yè)模式的同時，對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與管道技術(shù)的革新也從未停止。

特別是在移動通信領(lǐng)域，問題最為嚴(yán)重，革新也最具動力。事實(shí)也是如此，在移動寬帶接入逐漸成為全球運(yùn)營商主流業(yè)務(wù)之時，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的革新高潮也隨之而來。目前國內(nèi)三大運(yùn)營商都已推出相應(yīng)的架構(gòu)革新方案，包括C-RAN、藍(lán)極光和I-Net；設(shè)備商也行動了起來，華為的Single RAN，阿爾卡特朗訊的lightRadio等也吸引著業(yè)界的目光，然而所有這些方案都是基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)本身的改變。

而“能效與資源優(yōu)化的超蜂窩移動通信系統(tǒng)基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目（以下簡稱“超蜂窩網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目）則借鑒固網(wǎng)引入程控交換時加入7號信令的模式，提出在原有蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，單獨(dú)建立一個信令控制層，來實(shí)現(xiàn)對蜂窩基站的智能控制，從而達(dá)到節(jié)省能耗實(shí)現(xiàn)綠色通信的目的。這一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)另辟蹊徑，幾乎顛覆了以往架構(gòu)革新的解決思路。

究竟這樣一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)思路是如何產(chǎn)生的？技術(shù)可行性和可操作性的程度有多大？應(yīng)用前景如何？為此，C114采訪了這一架構(gòu)理念的提出者，清華大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院副院長、電子工程系教授牛志升，請他詳細(xì)解讀了超蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的運(yùn)作模式與市場前景。（牛志升同時還是2012年IEEE學(xué)會會士(IEEE Fellow)，以及中國通信學(xué)會信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)委員會副主任委員。）

組建信令網(wǎng)：控制與業(yè)務(wù)相分離

在綠色通信越來越成為迫切之需的今天，如何在提高頻譜效率的同時又能有效控制能量效率，成為移動通信可持續(xù)發(fā)展的一種思路。以往降低能耗多是通過降低基站發(fā)射功率，實(shí)際上大部分基站能耗并非用于信號發(fā)射，而是后續(xù)信號處理，電源放大器以及空調(diào)散熱等方面。而為了達(dá)到發(fā)射功率的降低，往往需要付出更多的能耗代價(jià)來支持。

“現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)有很多冗余覆蓋，不論白天還是晚上，基站都需進(jìn)行最好的覆蓋。因此我們想到了讓基站在一天24小時的某個時段休眠，以此來節(jié)省能耗。”牛志升介紹說，“比如夜間業(yè)務(wù)量較小時，可以讓部分基站進(jìn)入休眠狀態(tài)，但休眠的前提是剩下的部分基站需要繼續(xù)工作。此種做法可能是目前降低基站能耗最有效的一個方法。”

當(dāng)然，如何令基站休眠并適時喚醒基站等細(xì)節(jié)，則需要信令網(wǎng)絡(luò)層來統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)對蜂窩基站的智能控制。同時，在調(diào)配休眠基站與服務(wù)基站的同時，對基站的覆蓋范圍也能實(shí)現(xiàn)動態(tài)控制，這便是超蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的蜂窩變焦（cell Zooming）技術(shù)：根據(jù)業(yè)務(wù)的需求來決定基站覆蓋范圍，這樣的動態(tài)柔性覆蓋能使蜂窩網(wǎng)變得非常智能。

此種蜂窩變焦技術(shù)能讓業(yè)務(wù)量小的基站擴(kuò)大覆蓋范圍，讓業(yè)務(wù)量大的基站縮小覆蓋范圍。在信令網(wǎng)的控制下，使基站覆蓋范圍能像鏡頭一樣自由伸縮，突破現(xiàn)有基站覆蓋范圍不可變化的局限。如此智能調(diào)配蜂窩基站的工作量，既節(jié)省能耗又能有效基站之間的避免干擾。

“目前我們所要做的，就是加大力度解決其中一些核心技術(shù)問題，比如怎樣組建新的信令網(wǎng)，信令網(wǎng)如何與蜂窩基站進(jìn)行信息交互等等這些問題。”牛志升表示。

除去基站架構(gòu)的調(diào)整，改變服務(wù)方式也能夠節(jié)約能效。“我們可以通過引入差異化服務(wù)機(jī)制來為不同的業(yè)務(wù)提供按需適度服務(wù)，從而提高網(wǎng)絡(luò)資源和能量的利用率。”牛志升說，“原來移動通信，強(qiáng)調(diào)提供3A服務(wù)(Anytime、Anywhere、Any media)，未來綠色通信應(yīng)該提供3R服務(wù)(Right time、Right place、Right service)，即在需要的時候需要的地點(diǎn)提供最適當(dāng)?shù)姆?wù)，以一定的延時來換取能量效率。”

產(chǎn)業(yè)鏈參與：實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合

作為國家973項(xiàng)目的一部分，超蜂窩網(wǎng)絡(luò)研究項(xiàng)目早在一兩年前已進(jìn)入醞釀階段，自今年年初正式啟動以來，開展已有約半年時間，預(yù)計(jì)研究期限為2012年到2016年。

整個超蜂窩網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目分為六個課題，其中前兩個課題“網(wǎng)絡(luò)能效理論與超蜂窩體系架構(gòu)”與“超蜂窩網(wǎng)絡(luò)的柔性覆蓋與控制理論”致力于探索能效的成因關(guān)系以及高效能覆蓋的機(jī)理，由清華大學(xué)與華為牽頭開展，華為的加入有利于未來基站設(shè)備功能的完善。

“能效優(yōu)先的傳輸理論與彈性接入方法”和“超蜂窩網(wǎng)絡(luò)協(xié)作機(jī)制與資源優(yōu)化方法”兩個課題，由電子科技大學(xué)和北京航空航天大學(xué)、東南大學(xué)和中國科技大學(xué)分別負(fù)責(zé)，主要聚焦異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同運(yùn)行。“如中移動的GSM/TD-SCMDA/TD-LTE/WIFI四網(wǎng)，要保持協(xié)同運(yùn)作，同樣也需要建立一個信令網(wǎng)。以往四網(wǎng)分別有不同的信令網(wǎng)，無法統(tǒng)一控制，建立超蜂窩網(wǎng)絡(luò)后則可能實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然其中還涉及到一些標(biāo)準(zhǔn)化的問題。”牛志升表示這兩課題后期可能也需要運(yùn)營商和設(shè)備商參與進(jìn)來。

“用戶群體行為建模與高能效服務(wù)方法”與“業(yè)務(wù)特征認(rèn)知與高能效差異化服務(wù)方法”最后兩課題，則由中國電信和北京郵電大學(xué)、浙江大學(xué)和清華大學(xué)合作研究。“未來業(yè)務(wù)需求會變得越來越專業(yè)化，比如在語音萎縮的趨勢下，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及視頻業(yè)務(wù)等點(diǎn)對多的傳輸形式將成為主流。根據(jù)不同用戶需求提供不同服務(wù)，并給予‘適當(dāng)覆蓋’才是更為節(jié)能的方法。”牛志升認(rèn)為。

據(jù)牛志升透露，目前這一項(xiàng)目不僅有中國電信和華為的參與，中國移動也表現(xiàn)出了濃厚的興趣。就在幾天前，中國移動相關(guān)負(fù)責(zé)人就曾與牛教授接洽，對于這一項(xiàng)目進(jìn)行了詳細(xì)交流。

實(shí)際上，在此之前，中國移動對于自身網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能降耗已有清晰的計(jì)劃，C-RAN屬于其中的中期計(jì)劃，目前已在穩(wěn)步推進(jìn)中，而相關(guān)遠(yuǎn)期計(jì)劃可能會考慮引入超蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。牛志升認(rèn)為，“C-RAN的優(yōu)勢在于第一能將天線拉遠(yuǎn)從而接近用戶降低功耗，第二能在后臺形成集中處理，有一定的靈活性。可能中期能在一定程度上滿足網(wǎng)絡(luò)需求，而遠(yuǎn)期看則有一定局限性。要想更徹底地節(jié)能，可能還是需要超蜂窩網(wǎng)絡(luò)。”

可持續(xù)發(fā)展：改變移動通信演進(jìn)路線

移動通信網(wǎng)絡(luò)從1G、2G、3G到4G，大概每10年一個更迭周期，其演進(jìn)思路均為如何進(jìn)一步提高頻譜利用率。然而頻譜效率的提高，卻要以消耗高達(dá)10倍的能量為代價(jià)。牛志升表示，超蜂窩網(wǎng)絡(luò)可能會對現(xiàn)有共存的2G、3G、4G都有非常明顯的降耗作用，而真正起變革作用的可能是未來的5G技術(shù)。[!--empirenews.page--]

“5G的演進(jìn)可能不會走1G到4G的演進(jìn)老路，不再是繼續(xù)致力于提高頻譜效率而忽略可持續(xù)發(fā)展，而是綜合考慮能量效率與頻譜效率的協(xié)調(diào)發(fā)展。”

雖說5G還很遙遠(yuǎn)，但目前已經(jīng)有越來越多的人關(guān)注能量效率。將能量效率與頻譜效率作聯(lián)合優(yōu)化，可能是未來移動通信智能網(wǎng)絡(luò)的核心理念，其關(guān)注的不再是傳輸?shù)乃俣扔卸嗫欤钦麄€網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變革，從而根本解決能耗的源頭。“將來5G可能會將能耗降到一個指標(biāo)，與頻譜效率達(dá)到協(xié)調(diào)運(yùn)作。”

“希望‘超蜂窩網(wǎng)絡(luò)’能作為5G的一個核心技術(shù)，如果做得好，看看中國能否搶到這個先機(jī)。”牛志升認(rèn)為，超蜂窩網(wǎng)絡(luò)契合目前運(yùn)營商的普遍需求，市場前景非?？捎^，距離其推向市場應(yīng)該不會超過10年。