5G将成爲物理世界的神經連接網 | NSR專欄

在過去的十年中，智能手機以及無處不在的視頻、遊戲、社交平台、移動支付，讓人們的生活發生瞭(le)翻天覆地的變化。在智能手機和互聯網行業爆炸式發展的背後，離不開第四代移動通信技術（4G）的強力支撐。按照國際标準組織3GPP和全球各大通信公司的路标，在2020年之前，下一代通信技術（5G）的商用化時代即将到來。和4G相比，5G的性能将有哪些提升，我們的基本生活方式是否将被再度改寫？在本次NSR專訪中，華爲無線CTO及5G首席科學家童文博士對上述問題進行解答，並(bìng)描述瞭(le)中國通信行業從3G跟跑到5G領跑的轉變曆程。

NSR：過去幾十年中，通信技術經曆瞭怎樣的演變？

童文：要說清這個問題，我們要從(cóng)通信産(chǎn)業的發展源頭說起。移動通信的規律，基本上每十年就會更新一代，因爲每過十年，無線技術和相應的移動通信業務都會有一個很大的進步。

1G到2G，移動通信将語音交流的方式從固網電話轉變(biàn)爲移動電話，這是數字化無線通信的成功。通信産業界花瞭(le)80年時間來建設固網電話系統，把電話裝到每一個家庭裏。但是無線技術轉型、移動電話的普及，隻花瞭(le)不到20年。這就是技術的威力。

而到瞭(le)3G和4G時代，我們開始利用無線移動技術來進行數字通信，而不再隻是語音通信。3G是承載語音和數據的一跳。二十世紀九十年代初，人們開始設計3G網絡的時候，還沒有預料到互聯網的興起，不能預測(cè)将要出現的新型互聯網創新應用，所以，視頻通話等功能在3G時代基本沒有實現。在3G第一版完成之後，互聯網興起，個人移動計算機（PC）普及、IP技術成爲主流，而當智能手機這一殺手級應用出現，移動通信技術再一次找到瞭(le)自己的出路，3G的商業部署很快被4G取代。

而4G實際上隻做瞭一件事，就是把互聯網上的應用全部搬到手機上。在4G标準完成的時候，大家還沒想到會有Facebook，會有Uber，沒想到會有微信，會有Twitter，會有Instagram。這些互聯網創新應用都是在4G移動技術發展之後，才能發展到今天的水平和經濟規模的。這是我們當時所無法想象和預測的。作爲4G技術标準的制定者之一，我要說，隻有通信技術與新的應用和業務相結合，才能産生這麽大的效益，才能真正改變世界。

NSR：5G能做哪些4G做不瞭的事？

童文：這不是一個新問題。在3G、4G出現時，大家就在問類似的問題。但要做出完全準確(què)的預測(cè)是不可能的，因爲在5G推出之後，一定還會有新的應用和業務出現，做到一些我們現在無法想象的事情。但是從技術的角度出發，我們還是可以提出一個大概的願景。

在技術上，5G會有三個方面的提升。第一個是“極緻的速率”。它的速率可以達到光纖的速率。我們在實驗網絡測(cè)試中已經做到瞭(le)這一點，華爲最高的實驗速率達到115 Gbps。第二個是“海量的連接”。5G有能力将所有的物體，包括現在我們面前的這個礦泉水瓶，都連接在網絡上。這就是物聯網、或者說全連接世界的概念。第三個就是“極低的時延”。低時延可以打破距離的限制，你可以和世界上任何地方進行零距離的溝通。

有瞭(le)這些性能，我們就可以實現很多事。最經典的例子就是遠程自動駕駛。我們将車身上各種傳感器收集到的數據，通過5G網絡傳到雲端，雲計算給出指令，再傳回給車輛執行，整個過程不需要人的參與。如果用現在的網絡來做，高速路上時速120公裏汽車的響應距離會達到兩三米，而按照5G标準，将時延降低到1毫秒，響應距離将可以縮短到8厘米，足以保證自動駕駛的安全。如果可以做到自動駕駛，我們就可以做到許多與之類似的事情，比如遠程手術，醫生在另一個城市遠程控制手術刀；再比如今天的採(cǎi)訪，如果5G系統建成，顯示技術也有相應的發展，那麽你就完全沒有必要從北京跑到上海，我們可以通過網絡，将你的信息傳輸過來，在我這邊進行全息重建和顯示，這樣完全可以實現和面對面溝通同樣的效果，而它所需要的就是高速率、低時延的網絡，以及足夠快的圖像運算和重建速率。

NSR：華爲的白皮書裏特别寫到瞭“智能電網”，這是一個什麽概念？

童文：按照5G的願景，一切都可以是智能的，智能駕駛，智能購物，智能醫療，智能穿戴設備(bèi)。智能電(diàn)網就是把電(diàn)網的各個組成模塊都連接到網絡上，而在網絡背後有人或者計算機來進行分析和控制。5G更大的願景，是要改造各個垂直行業。

NSR：要實現這些目标，是不是除瞭通信能力，還需要計算能力的提升？

童文：我們構想中的未來系統可以分爲3個比較清晰的領域：萬物感知、萬物連接和萬物智能。我們通過無所不在的各種傳(chuán)感器來感知萬物，再通過網絡将它們全部連接起來，而在後台，要通過雲計算來最終實現萬物智能。所以計算確(què)實是其中的一個重要方面。在人工智能概念出現之前，我們通常會使用“自動化”這個說法，要實現萬物的自動化。

NSR：這個系統其實和動物很像，我們的神經感知外界信息，再把信息傳遞到中樞神經系統。

童文：你這個(gè)比喻很好，人感知外界，然後(hòu)在大腦中計算。按照這個(gè)比喻，那麽我們整個(gè)物理世界的神經連接網，就是5G。

童文：通信行業的标準中，首先，國際電訊聯盟會定義一個頂層的框架，規定要達到多少速率，多少時延，多少個連接數才能稱之爲5G。其次還有一個非常具體的工業标準，3GPP國際标準中做瞭(le)非常細緻的規範，要求所有手機和網絡設備(bèi)廠家都按照同樣的标準來生産。

對於(yú)我們的行業，全球統一的标準非常重要。有兩個原因。第一，标準化可以使全世界所有的手機互聯互通，無論你是出差到另一個城市，還是去另一個國家，都能同樣的連上網絡。第二個原因是市場的需求。對於(yú)消費者來說，标準可以讓你拿到最廉價的商品。如果不同廠家使用不同的标準，那麽每一家都需要獨立研發所有的部件，這樣最終的産(chǎn)品會非常昂貴。

在3G的時代，标準還沒能完全統一，當時的美國、歐洲、中國都有自己的标準。真正的融合是在第四代。兩三年前5G标準開始建立之初，也有過觀點的分裂，但是現在已經確(què)定瞭(le)。實際上，第一個5G标準已經基本確(què)定，即将公布。（注：2017年12月21日，採訪結束9天後，3GPP宣布第一個5G标準，5G New Radio标準完成。）

NSR：爲實現5G，技術上有哪些關鍵的創新？

童文：在無線網絡技術裏，最核心的是空口接入技術，空口技術當中，最關鍵的又是物理層技術。如果說空口是無線技術的皇冠，那麽物理層就是皇冠上的鑽石。物理層技術是指将數據調制、編(biān)碼、通過無線電傳輸，再在網絡的另一側接收、排除掉幹擾信息並(bìng)解調重現出來的整個過程。

要實現5G，物理層技術需要有很大的改變。首先，通信傳播的速度極限，早在1948年就已經由一個嚴密的數學定理來計算和定義瞭(le)，這就是香農極限。通過多年來很多代工程師的不斷嘗試和改進，到差不多十年前，我們的技術就已經很接近這個極限瞭(le)。要繼續提高速率很不容易，所以在5G剛開始的時候，學術界中很多人，包括一些很著名的學者，都公開表示這個領域已經死亡瞭(le)。其次，是頻譜的問題，既有的網絡已經占用瞭(le)許多頻段，我們要找到剩餘頻段中，哪些可以用來構建5G的網絡，並(bìng)且對新頻譜進行優化設計。最後，還有實現技術工程化的問題，有哪些新的技術可以支撐更高性能終端和網絡的大規模生産和快速部署。

在研究5G的初期，我們在學術界已發表的研究成果中，找到瞭(le)十幾個可以作爲5G技術候選的新技術。這些研究大部分都是數學家的工作，它們都是很不成熟、無法實用的，有一些隻是很粗的概念。我們花瞭(le)很大的精力，在2010年到2013年之間，把整個物理層的技術做瞭(le)創新式的梳理，把這些不能用的技術轉變成可用的5G技術，並(bìng)且對它們進行評估，選出其中最好的。最終，我們構建出瞭(le)5G的技術框架，其中包括瞭(le)編碼技術、幀結構設計技術、MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多入多出技術）傳輸技術等。最終的成果不是一個單一的技術，是一個拼盤和框架。我們将這個全新的空口技術稱作NR，New Radio。

舉個簡單通俗的例子，弗萊明發現瞭(le)一種生物學現象，一種微生物殺死瞭(le)另一種微生物。而要把這一發現變(biàn)成藥物，變(biàn)成造福人類的青黴素，則需要另一些人的努力。我們的工作就是把科學發現做成青黴素，做成可用的5G技術。

NSR：提起5G，人們也常常會提起網絡切片技術？

童文：那是另外一個概念瞭(le)。空口技術是基礎(chǔ)，而網絡切片技術是一個宏觀的架構，是網絡的整體結構。

我們的網絡結構有過好幾次改變。在最早的時候，三四十年前，一個網絡就隻做一件事情，我們打電話、發電報、發傳真，用的都是各自獨立的網絡。後來IP技術成熟瞭(le)，它将所有東西都做成一個數據包來進行傳輸，不區分數據包中的内容，它對於(yú)所有數據的傳輸質量是相同的。但是不同數據的傳輸需求其實是不同的，重要數據，比如自動駕駛、遠程手術的指令，要求高度的傳輸準確性，而普通數據，比如微信信息，它對傳輸質量的要求相對較低，但用戶希望它是低成本、甚至免費的。

所以5G中就有瞭(le)網絡切片的技術，将同一個網絡用雲和虛拟化的概念，切割成許多個網絡，這些網絡使用相同的空口和傳輸設備，但是每個切片裏的服務質量是不同的。而且這種切片方式是動态的、用軟件定義的，你可以在需要的時候切出一片網絡，在不需要的時候再把它取消掉，用來做其它的網絡。切片技術使得定制化的服務成爲可能，也爲運營商提供瞭(le)更多機遇。它們可以不再局限於(yú)人與人之間的連接，而是利用不同的網絡切片來開展各項業務。

NSR：5G技術是否已經成熟？

童文：對(duì)，技術上已經沒有大的問題。後(hòu)面主要是商業的問題。

NSR：華爲是在什麽時候開始5G布局的？

童文：華爲開始5G研究很早，在2009年，那時候LTE（Long Term Evolution，長期演進）技術還沒有完全商用。那一年，華爲提出瞭(le)一個Vision2020項目，這個小項目就是去研究2020年的網絡會是什麽樣子，它對2020年網絡的速率，以及應用場景做瞭(le)預測(cè)，這些預測(cè)中的大部分都和現在的5G構想是相同的。在2012年底，公司決定投入6億美金來做5G的研發，這隻是技術标準研發的投資，不包括産品的投入。

NSR：其它通信公司的起步時間，也和華爲差不多嗎？

童文：據我所知，華爲是最早的。直到2012年，很多大公司還在公開的場(chǎng)合說，5G是不存在或者不可能的。我們對5G的投入很早、很堅決，技術方向也很穩定。所以，在早期的定義5G過程中，華爲起到瞭(le)重要的主導作用。标準中的速率，時延，連接數等量綱都是華爲提出的。

NSR：5G商用化的時間表是怎樣的？

童文：現在大家都說，2020年将是5G商用化的元年，但實際的進展可能還會更快一些。2018年下半年，5G網絡設備(bèi)投産(chǎn)，網絡建設将會開始；到2019年上半年，5G手機将會問世。

NSR：5G的成本會比之前提高嗎？

童文：成本有兩個概念。對於用戶來說，終端的成本不會有顯著的提高。iPhone X的售價比之前高瞭很多，5G終端的售價不會超過這一水平。對運營商來說，它們要考慮建網的成本。和前面3G、4G一樣，建網需要一筆投資，但在3到5年内，随著(zhe)業務的發展，這些成本可以被收回，並(bìng)且開始賺錢。到那時網絡數據的價格就會開始下降。

NSR：在中國，工業和信息化部（工信部）在統籌行業發展方面發揮瞭哪些作用？

童文：工信部是我國的通信行業管理部門。他們在早期（2013年）組建瞭(le)IMT-2020（5G）推進組，這個推進組從今天來看是成功的。推進組把主要的運營商、廠商都組織在一起，大家就“什麽是5G”、“什麽是5G技術”等基本問題達成共識。而且，推進組還組織測(cè)試，來測(cè)試大家做出來的技術，第二階段的5G測(cè)試剛剛結束，我們取得瞭(le)目前世界上最好的測(cè)試結果。中國現在是一個通信強國，引領5G，而在3G的時代，中國是趕超狀态。

NSR：5G之後呢？還會有6G嗎？

童文：有。這個(gè)問題我也被問過好幾次。你我的想象力都很有限，想象不出十年以後的技術革命會是什麽，但是當(dāng)颠覆性技術和颠覆性業務相結合，6G一定會出現。

NSR：據您所知，華爲或者其它地方，有人開始在做6G相關的研究嗎？

童文：我認爲6G相關的早期探索可能有，但是現在還沒有到達(dá)一個點，說我們已經可以做6G瞭(le)，這之前還是要有一段時間的探索和積累。

NSR：華爲在2009年開始做5G，您加入華爲也是在2009年。您當時是爲瞭5G來的嗎？

童文：你這個問題倒是提醒瞭(le)我，我還沒認真想過這個……我來給你講講我的經曆吧。我1984年本科畢業於東南大學無線電系。然後去加拿大讀瞭(le)博士，博士期間我做的是信号處理方面的工作，我的畢業論文還拿到瞭(le)加拿大的總督獎。那時剛好是2G标準化完成的時候。博士畢業後，我暫時沒有想清楚要做什麽，於是就接受瞭(le)加拿大北方貝爾研究所的邀請，做博士後。我做瞭(le)一些語音識别和神經網絡相關的工作。但我那時對神經網絡和AI並(bìng)不看好，所以當我決定要到工業界去的時候，我接受導師的建議，選擇瞭(le)通信公司加拿大北電網絡。

當時的北電是業界第一大的程控交換機公司，無線是其中一個很小的部門。不過小有小的好處，沒有論資排輩(bèi)，年輕人的工作比較自由。剛進公司不久，在一次公司的年度展會上，我在實驗室展示瞭(le)用一台冰箱大小的3G樣機下載網頁。結果公司總裁看過之後反問道：“誰會用手機來上網？”北電在無線市場不是第一，要超越對手，就隻能選擇技術革命的方向。在3G、4G的标準制定過程中，我推動引入瞭(le)一批斷代技術，如OFDM、Turbo Code、HARQ、空口VoIP等。2007年，公司開始實施Fellow制度，我是第一個Fellow，随後成爲北電在各個國家所有研究實驗室的主管。但好景不長，2009年北電申請破産。我當時已經做到瞭(le)北電Fellow，如果要到西方國家的姐妹公司去，依舊是類似的崗位，缺少挑戰性。所以我當時的選擇主要有兩個，華爲或者Google，這兩個公司是我不熟悉的。我選擇瞭(le)華爲。

NSR：那您覺得，作爲中國公司的華爲，和您之前所在的國外公司有什麽差别？

童文：有差别。而且2009年的華爲和今天也不一樣。在我看來，華爲有幾個非常重要的特質。一是華爲對技術的追求，這是我來華爲之前沒有想到的；第二，和西方的公司不同，華爲總是把客戶放在第一位，這一點也是要到華爲裏面來才能有深刻感受的；第三，就是執行力，華爲的執行力在科技公司中是頂尖的，公司確(què)定瞭(le)要做一件事，一定聚焦，一定做成。

NSR：華爲在加拿大的研究所，是在您加入華爲之後建立的？

童文：對，我們當時是一個大概200人的多學科團隊，一起建立瞭(le)這個研究所。在海外研究所的建設方面，華爲在中國公司裏面是規模最大，也是最成功的。我們在歐洲有二十多個研究所，北美有十幾個，這裏面都是産業界中一級的人才，幫(bāng)助華爲将知識和技術轉化爲産品和價值。

NSR：華爲是依據什麽來選擇在哪裏來建立海外研究所的？

童文：最大的原則是人才，另外還(hái)有文化和DNA。人才在哪裏(lǐ)，研究氛圍在哪裏(lǐ)，我們的研究所就建在哪裏(lǐ)。

NSR：在信息領域還有哪些研究風口？

童文：很多技術都會經曆過熱，随後冷靜下來，最終又在一段時間之後實現。這是正常的發展規律。我們作爲技術轉化者，要做的就是在冷靜的一段時期堅持下來，最終将技術轉化爲産(chǎn)品。現在很火的AI技術就經曆過這樣的曆程，華爲也同樣關注AI。但其實直到現在，我個人對AI還是持懷疑的态度。它確(què)實可以在一些領域取得應用，爲大家提供一些方便，提升效益。但問題是，現在人們對AI的希望顯然不止如此。

NSR：您本科就讀的東南大學，在通信領域的實力很強。

童文：我1980年本科入學，那時無線通信是一個很冷門、沒有前途的專業。但是當(dāng)時東南大學有一個無線移動通信實驗室，是中國最好的無線通信實驗室。在那個實驗室裏，有我國無線通信領域的第一個博士生導師，中國在這一領域中最早的幾個博士生，都是在他的實驗室畢(bì)業的，比如李正茂（中國移動通信集團公司副總裁，1988年在東南大學取得博士學位），尤肖虎（東南大學教授，1988年在東南大學取得博士學位，被譽爲中國3G、4G掌門人）。

NSR：對於想要從事技術研發工作的年輕人，您有什麽建議？

童文：我參與過華爲的招聘，瞭解瞭一些現在的博士畢業生在選擇工作時的考慮。有些人是待遇導向的，有些人看重未來的發展空間，也有人全憑興趣。而我認爲，對一個年輕人幾年後成長情況影響最大的可能有兩點，第一是他對自己有沒有一個大緻的長期計劃；第二，最終發展得比較好的，其實都是那些比較“傻”，能夠堅持做一件事的人。無論你去Google、微軟還是華爲，這些原則都是一樣的。

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