獨家專訪清華大學牛志升：超蜂窩網(wǎng)絡展望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用，在極大滿足消費者個性化需求的同時，也給運營商和整個產(chǎn)業(yè)鏈帶來了很大的技術與商業(yè)挑戰(zhàn)。面對日益短缺的頻譜資源、逐漸高漲的運營成本和增量不增收的網(wǎng)絡現(xiàn)狀，產(chǎn)業(yè)鏈必須要進行改變。在探尋新商業(yè)模式的同時，對網(wǎng)絡架構與管道技術的革新也從未停止。

特別是在移動通信領域，問題最為嚴重，革新也最具動力。事實也是如此，在移動寬帶接入逐漸成為全球運營商主流業(yè)務之時，網(wǎng)絡架構的革新高潮也隨之而來。目前國內三大運營商都已推出相應的架構革新方案，包括C-RAN、藍極光和I-Net；設備商也行動了起來，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)基礎研究”項目（以下簡稱“超蜂窩網(wǎng)絡”項目）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)絡的基礎上，單獨建立一個信令控制層，來實現(xiàn)對蜂窩基站的智能控制，從而達到節(jié)省能耗實現(xiàn)綠色通信的目的。這一網(wǎng)絡架構另辟蹊徑，幾乎顛覆了以往架構革新的解決思路。

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

組建信令網(wǎng)：控制與業(yè)務相分離

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散熱等方面。而為了達到發(fā)射功率的降低，往往需要付出更多的能耗代價來支持。

“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)務量較小時，可以讓部分基站進入休眠狀態(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。”

當然，如何令基站休眠并適時喚醒基站等細節(jié)，則需要信令網(wǎng)絡層來統(tǒng)一管理，實現(xiàn)對蜂窩基站的智能控制。同時，在調配休眠基站與服務基站的同時，對基站的覆蓋范圍也能實現(xiàn)動態(tài)控制，這便是超蜂窩網(wǎng)絡架構中的蜂窩變焦（cell Zooming）技術：根據(jù)業(yè)務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。

此種蜂窩變焦技術能讓業(yè)務量小的基站擴大覆蓋范圍，讓業(yè)務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)如何與蜂窩基站進行信息交互等等這些問題。”牛志升表示。

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

產(chǎn)業(yè)鏈參與：實現(xiàn)產(chǎn)學研用相結合

作為國家973項目的一部分，超蜂窩網(wǎng)絡研究項目早在一兩年前已進入醞釀階段，自今年年初正式啟動以來，開展已有約半年時間，預計研究期限為2012年到2016年。

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

“能效優(yōu)先的傳輸理論與彈性接入方法”和“超蜂窩網(wǎng)絡協(xié)作機制與資源優(yōu)化方法”兩個課題，由電子科技大學和北京航空航天大學、東南大學和中國科技大學分別負責，主要聚焦異構網(wǎng)絡的協(xié)同運行。“如中移動的GSM/TD-SCMDA/TD-LTE/WIFI四網(wǎng)，要保持協(xié)同運作，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)絡后則可能實現(xiàn)，當然其中還涉及到一些標準化的問題。”牛志升表示這兩課題后期可能也需要運營商和設備商參與進來。

“用戶群體行為建模與高能效服務方法”與“業(yè)務特征認知與高能效差異化服務方法”最后兩課題，則由中國電信和北京郵電大學、浙江大學和清華大學合作研究。“未來業(yè)務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)務及視頻業(yè)務等點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，并給予‘適當覆蓋’才是更為節(jié)能的方法。”牛志升認為。

據(jù)牛志升透露，目前這一項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，中國移動相關負責人就曾與牛教授接洽，對于這一項目進行了詳細交流。

實際上，在此之前，中國移動對于自身網(wǎng)絡的節(jié)能降耗已有清晰的計劃，C-RAN屬于其中的中期計劃，目前已在穩(wěn)步推進中，而相關遠期計劃可能會考慮引入超蜂窩網(wǎng)絡架構。牛志升認為，“C-RAN的優(yōu)勢在于第一能將天線拉遠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)絡需求，而遠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。”

可持續(xù)發(fā)展：改變移動通信演進路線

移動通信網(wǎng)絡從1G、2G、3G到4G，大概每10年一個更迭周期，其演進思路均為如何進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10倍的能量為代價。牛志升表示，超蜂窩網(wǎng)絡可能會對現(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。[!--empirenews.page--]

“5G的演進可能不會走1G到4G的演進老路，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)調發(fā)展。”

雖說5G還很遙遠，但目前已經(jīng)有越來越多的人關注能量效率。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)絡的核心理念，其關注的不再是傳輸?shù)乃俣扔卸嗫?，而是整個網(wǎng)絡架構的變革，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，與頻譜效率達到協(xié)調運作。”

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