主頁（http://www.by236.com）：清華王京：面向5G的開放系統架構

一.未來發展的需求

1）從ITU的5G愿景我們解讀出來什么？

ITU在描述3G和4G的時候基本是圍繞人的需求確立了發展愿景，有了像“面包車”形狀的指標需求，只包括移動速度和傳輸峰值速率。5G需求愿景是一個本質的變化，呈現三角形的需求，除了面向人的通信需求“增強移動寬帶”外，還增加了面向物的“大規模機器通信（MMTC）”和“高可靠低時延通信（ULLC）”；而技術上則提出針對上述場景的8個指標需求；并且分別給出了三個場景的單獨技術指標。

2）無線傳輸技術演進依照場景優化

無線傳輸技術在2G之前只應對話音業務，采取的是與場景和應用無關的“廣種薄收”策略，采用單一的傳輸技術，技術指標設計是需要保證在小區邊緣可以有效通信。

無線傳輸技術到了3G和4G階段，為了提高頻譜效率，更好的應對電磁環境，采用了“精耕細作”的策略；面對不同的電磁環境，采用優化的傳輸技術，包括：針對不同的信噪比，通過AMC技術引入了16QAM、64QAM等，針對不同的多徑場景，通過多天線技術引入了智能天線和MIMO等。

到了5G以后，可能的趨勢是定制的無線傳輸技術，針對應用場景（包括電磁環境和應用模式）提供優化技術，高速率、高密集、高移動、高可靠，低功耗、低速率、低延遲、大覆蓋等等。面向如此復雜多變的應用場景，如果采用一種通用的技術實現優化是不可能的，只有“量身定做”才是最優。

3）多種類型的終端是未來5G產業增量的來源

4G之前的終端形態單一，因為主要是面向人的通信。人的信息交互形式來自于人類的感官；智能終端就是主要解決了人類處理最多的視覺、音頻和觸覺等的信息交互問題。盡管現有數十億的終端，但是呈現形式是單一的，只是通過數十萬種軟件應用APPs來滿足人類的不同需求，它們給系統和網絡帶來的挑戰是傳輸速率和容量問題。

5G之后的終端，特別增量來源將是數以千萬計的機器與物體。與之對應的數十億甚至上百億的終端是由數以千萬種終端類型構成，而每種應用所呈現形式是數以千萬的特定終端類型。也就是說，一種類型的終端不會像人類需求的終端那么多了、那么有規模。給我們帶來的挑戰是，如何像構建軟件APP那樣快速、低成本構建這些終端應用。

4）運營網絡演進將走向開放

從運營網絡上看，現在面臨的壓力是網絡建設和運維成本的提升與運營收入之間逐漸在加大的差距，網絡架構為了減少這種差距應該也在調整中。2G之前的系統與網絡架構是單一服務于電話業務，如果需要數據業務則需要采用電路連接；2.5G之后逐漸在系統和網絡中引入了GPRS和IMS等技術，試圖適應部分數據業務的需求，但是遠遠不夠；一方面是靈活性不夠，不能滿足各種數據業務需求，另一方面是網絡架構造成的運維成本和代價高。5G之后的系統與網絡如何面對“三角形”應用場景帶來的各種需求，提供低成本、高質量的服務，這是最大的挑戰。

應對上面各個層面的挑戰，滿足各個層面的需求，可能的解決方向是“開放”。

二.開放系統架構試圖解決上述挑戰

1）開放的概念

“開放”可以從多個角度來理解，我這里主要從信息系統構成的架構和軟件的角度來說明。架構上分為“開放”和“封閉”。軟件上可分為“開源”和“閉源”，無線移動通信系統，特別是無線接入網部分屬于封閉和閉源這個象限。我們的開放目標是開放架構配上開源軟件。

2）開放架構

構建一個開放的無線移動通信系統的關鍵是合理劃分系統模塊，開放模塊間接口，靈活配置和構建模塊。我們這里把移動通信系統劃分為4個域和4個層，由此生成了許多相對獨立的模塊；每個模塊可以有多種解決方案，我們可以通過選擇、組合、新建各個模塊來靈活地構成一個完整的通信系統。

在這張圖中，藍色的模塊是羅列出可供我們選擇的模塊研究成果。由于是開放架構，可以允許任何人或單位貢獻一些模塊進來，并歡迎使用這些模塊構建系統。下面簡單介紹我們研究的一些模塊功能與現有的一些技術的對應關系。

NaaS：網絡基礎設施作為服務開放，將組網和運營作為服務開放。通過虛擬運營商、虛擬專網、垂直行業應用等方式，降低網絡運維成本，提高網絡效率。除了技術層面的支持外，還要有好的政策支持。

HCA（Hyper Cellular Architecture—超蜂窩架構）。將C平面和U平面的覆蓋分離，可以在統一的C平面下靈活構建多種無線接入技術系統，并且可以根據業務量任意開啟和關閉U平面基站，用于節約網絡能源。

覆蓋子系統（Coverage subsystem）。比較理想的解決方案是NGFI，采用開放的Fronthaul，通過計算資源與覆蓋資源的解耦，RRU可以靈活配置到任何一個BBU，實現軟件可定義的用戶數據流與天線之間的映射，可靈活實現分布和集中的MIMO波束賦形等。在該系統下，核心網和小區將會消失。

YaRAN開放基礎設施。這里提供了一個YaRAN（Yet another RAN）解決方案，它包括了覆蓋域和處理域。這是針對下一代RAN架構，提出的一個類似于NFV的解決方案。主要是基礎設施虛擬化技術，包括基礎設施設備、基礎設施虛擬化和虛擬化網絡功能等。

開放網絡協議-NoStack（Not Only Stack）。在具有集中控制的網絡架構下，構建基于分布式存儲數據庫構建全局網絡視圖，將對話、匯報和上下文從控制狀態機中解耦，實現各個網元之間的信息同步，從而大大簡化通信協議棧流程。基本特征是擁有開放的南向接口、北向接口、全局網絡視圖、插件式ANOS(C Plane)和M面APP。

開放終端。多形態終端是5G或未來移動通信發展的重要特征，構建一個開放的終端平臺，是快速、低成本生產新型終端的基礎。特別是在物聯網、機器通信、垂直行業應用等方面，定制終端將成為普遍服務。

開放網絡架構的安全問題可以通過一些實現方式解決；比如：移動網絡內部是開放的，對外通過防火墻等機制防護；加入到內部網絡的AAP審核機制也是非常重要的，即使開放了APP，還是要通過嚴格的審核方式保證安全。開放系統架構內部的QoS機制也是非常重要的，但是，在設計協議棧NoSTACK機制時，充分考慮對于數據傳輸可靠性的要求，具有容錯能力。

另外，開放系統架構是一個硬軟件兼有的架構，有開放的硬件GPP、GPU和FPGA，有專用的硬件加速器，甚至可以包涵ASIC等，通過虛擬方式為上層提供計算資源和服務功能；軟件則是完成了全部的系統功能編排、調用和整合。

上面是我們針對未來無線移動通信發展的一些認識，有些發展趨勢已經呈現，有些還需要我們繼續觀察。預測發展趨勢，趕上并引領產業發展才是最重要的。“開放”的概念更多的是來自于信息技術領域，從發展趨勢看，IT向CT的滲透已成定局。“開放”已經給信息技術領域帶來了飛速發展，如果運用得當，同樣也會給無線通信領域帶來新的生機，帶來新的機遇，帶來新一輪產業的發展。