聚用户，再征程——联想5G之道

李维成 联想研究院无线技术中心

聚用户，再征程
——联想5G之道

李维成 联想研究院无线技术中心

5G通信希望能够以用户为中心，让用户随心所欲地享受信息的完美传递。本文论述了5G通信主要的应用场景与需求，面临的挑战与机遇。只有真正以用户为中心研究和设计5G通信系统及产品，才能给予用户无所不至的体验。

5G 穿戴式 超密集组网 自组织网络

1 引言

移动通信在过去几十年间得到了飞速的发展，对人们的工作和生活等行为产生了重大的影响。随着信息社会的不断深化，人们对信息的需求也呈现出暴发式的增长，移动通信越来越成为人们获取信息的最重要手段之一。这种需求也直接带来了移动通信网络的不断演进，并且产生了很多新型的移动通信设备，如智能手机、平板电脑以及新兴的穿戴式设备等。然而，随着对信息传递需求的进一步增强，未来的移动通信无论从网络架构、空中接口还是移动终端方面都会产生新的变化，给整个移动通信和信息产业带来新的机会。

目前，移动通信系统已经发展到第四代，业内普遍的观点是从2020年起第五代移动通信系统将开始商用。第五代移动通信系统从研究初期就设立了以用户体验为中心的目标，希望从数据速率、系统容量、端到端延时等方面给予用户通信无所不至的体验。第五代移动通信系统也不仅仅满足于提供人与人之间的信息传递，而是希望移动通信能够无缝地连接人与人、人与机器或是机器与机器，形成以用户为中心，随心所欲地享受信息的完美传递。

基于第五代移动通信系统，未来互联网将进入到一个新的阶段，用3个词概括就是：人人互联、物物互联、业业互联。

人人互联应该是大家都比较好理解的，即使不是人人也是越来越多的人用各种设备、手机、平板、电脑，在任何地方都方便地接入到互联网获取其所需要的信息，享受其所需要的服务。另外，会有越来越多的信息、流程服务被数字化。

物物的互联网就是物联网，未来越来越多的家庭智能设备会变得越来越智能地连到网络上面去。当然这些不是目的，这些设备将有更高的效率，这才是最终的目的。在家里面要有固定的温度、湿度，要空气净化。但是，怎么以更高的效率来实现，这是未来智能家居所要达成的目的。包括智能汽车、交通都是这样的。通过物物的互联能够使得交通管理部门知道哪个地方有交通拥堵，哪个地方交通顺畅，同时作为开车的人也能够知道怎么样设计自己的最佳路线。

最后一个是业业互联，不管是工业互联网还是行业互联网，就是互联网跟各行各业结合，使得这些行业进入到下一个阶段，现在所谈的智能制造、工业4.0，大概都是跟这个有关系。比如现在最流行的滴滴打车，其实就是互联网和传统的出租车行业相结合诞生的新型出租车行业。

图1 5G场景与需求

2 5G场景与需求

从3G开始，移动宽带的接入已经成为移动通信的一个最重要的应用，这种移动宽带的接入能力也促使了移动互联网的蓬勃发展，进而也带来了很多交互性的移动互联网应用的出现（见图1）。移动宽带极大地丰富和方便了人们的生活，对于未来5G时代，人们对移动宽带所能提供的能力也有进一步的要求。

2.1 高清（3D）图像的传输

在5G时代，数据业务将会继续占据重要的位置，人们对信息获取的需求会有数以千百倍的增长。考虑到在2020年之后，各种多媒体相关应用的数据量会爆发式增长，超高清图片传输、4K甚至8K高清图像的传输、三维图像的传输等应用通过移动网络进行处理将成为主流行为。针对这些对大数据量的应用，移动网络必须具备单用户“Gbit/s”以上的带宽处理能力。

2.2 云存储与相关应用

云存储及移动云应用是移动宽带的另一个主要应用需求。目前，云存储的应用增长非常迅猛，但其更多的还是由固定网络来处理，对于通过移动网络实时进行云存储及相关应用的需求在未来几年会越来越多。到2020年之后的5G时代，相信云存储对于移动网络来说将成为必需的主要应用之一，因而也必然要求移动网络进一步加大其带宽和相应技术来提供对更高数据速率的支持。

2.3 虚拟现实和增强现实等新兴应用

一些新兴的应用对移动宽带也会有新的要求。随着其他相关技术的成熟，一些现在还没有普便应用的技术非常可能在2020年以后被全面采用，比如虚拟现实和增强现实技术。这些技术的应用也对移动网络的带宽提出了较高的要求。再比如未来一些大型的实时联网游戏应用于移动网络，则不但对网络带宽有新的需求，对网络接入的时延也有较高要求。

2.4 增强的移动网络覆盖

最后，“无处不在”的移动宽带接入对于5G时代的移动网络覆盖也提出了新的要求。这里“无处不在”并不是指真的在任意地点都具有移动网络的接入，但应该说在绝大多数有人们活动的场所都是具有移动网络覆盖的。对于这一点，目前的3G、4G网络还远远达不到要求。这里面有运营商成本和策略的考虑，但未来的5G应该是全覆盖的，因此从技术研究的角度也可以充分考量如何降低网络部署的成本，用自组网、D2D等技术以较低的成本实现这种“无处不在”的移动宽带的愿景。

3 5G挑战与机遇

5G系统的演进应该是以4G系统为基础的，尽管如此，由于5G系统要实现如上所述的技术要求，并且其需要满足多样化的业务需求，实现以用户体验为中心的愿景，因此5G还面临着很多技术方面的挑战。

3.1 网络的演进与融合

5G的核心网和接入网都需要进一步演进，基于软件定义的网络（SDN）和网络功能虚拟化技术（NFV）都将会在5G时代得到充分应用，面向更加集中，更加高效和节能的C-RAN技术也会是5G的关键技术。另外，超密集组网（UDN）和自组织网络（SON）等会使5G的接入网具有灵活可靠的特性。

5G时代不会只有一张网络，已有的4G、3G甚至2G网络可能仍然会存在。而其他一些网络如Wi-Fi、蓝牙、RFID网络也会以自有的形式与5G网络共存。如何充分利用其他网络与5G网络协同作用来实现5G的目标，处理好彼此之间的竞争关系也是5G从设计之初就要充分考虑的问题。

3.2 系统容量和传输速率提升

要实现5G对于系统容量扩大1000倍，峰值速率提升10～100倍的目标还是有非常大的挑战的。从频谱上来说，我们需要更宽的频谱来作为5G通信的载体，鉴于可利用的低频段频谱资源非常有限，必然要采用新的高频段来实现5G技术。而在高频段上从信道情况、传输特性等方面我们的了解都还不是很深刻。并且从设备的器件情况来说，支持高频段器件的成熟度也远远不及低频段。除了频谱之外，如何运用亲的空口技术来提高频谱效率，如何运用新的网络技术来提升系统容量，以及采用这些新技术是否会带来新的运营和部署问题等都是需要5G研究来回答的。新的多址接入技术、新的调制编码技术、同频同时全双工和频谱共享等空口技术都需要进行研究并有所突破来满足5G在这方面的需求。

3.3 多样化和灵活的业务

未来5G所要面对的业务类型是极其丰富并且非常灵活的。其中，既有对数据速率要求非常高的，如实时视频传输等业务；也有数据速率相对较低、突发性的小数据包传输的物联网类业务；还有对时延要求非常高的工业控制和车联网等业务。所有这些业务在不同的关键指标上要求并不相同，未来的5G系统需要能够容纳所有这些多变、灵活、需求不一的业务，因此对于网络架构和空中接口的设计有很大的挑战。5G系统需要D2D和M2M等技术的进一步发展。比如，D2D技术应用于车联网，但现有D2D技术在时延方面是无法满足车与车之间通信的需求的，因此D2D技术还要不断提高，如采用更短的帧结构来降低时延，但帧结构的改变将影响到整个空口的设计，需要全面评估与研究。

3.4 终端设备的多样化

5G时代终端设备将会呈现出多样化的形态。智能手机仍然会是一类重要的移动通信终端，并且在这类终端上将会有新的应用场景出现，如虚拟现实和增强现实等。此外物联网终端设备将会占据很重要的地位，这类设备的普遍特点是数量非常多、数据量并不大、对成本和功耗非常敏感。再有就是穿戴式设备会全面兴起，穿戴式设备由于尺寸等原因，对于功耗要求也非常高。M2M的技术将会成为这种终端设备演进的关键支撑技术，要支持数据量不大而功耗成本敏感的设备，为其专门设计窄带的系统是十分必要的，M2M设备通过5G的宽带网络中划出的窄带系统进行接收与发送，相应系统与终端的设计都要进行深入的研究。

3.5 对联想而言，如何把握5G带来的机遇

目前，预计2020年之后的连网器件数将达到500～1000亿的水平，其中智能手机仍然会是重要的移动终端类型，5G系统所能提供的更大的带宽和更高的传输速率也给了智能手机进一步发展的机会。而5G从网络到空口都发生了非常大的变化，终端技术也要随之改变，因此5G将带来大规模的手机更换行为。同时，5G网络支持非常多样化的业务类型，手机所能支持的功能也更加丰富，因此手机设备所具备的技术附加值也会有所提升。

车联网的兴起也给终端设备引入了新的方向，基于车载的通信系统将成为通信终端中一个重要的类别。目前，全世界的汽车保有量接近12亿辆，到2020年这个数字还会大幅提高。5G时代会有相当一部分汽车能够集成车载通信系统，这对于智能终端制造商将是巨大的机会。

此外，物联网设备和可穿戴式设备的数量会急剧增长，尽管这些设备中大部分的个体成本比较低，但整体数量非常大，因此这些设备将构成一个非常重要的市场，为终端制造商带来新的机会。

“各种设备互联看似错综复杂，但它就像一颗大树，再枝繁叶茂、盘根错节，也只有一个根、一个主线，那就是用户，从以产品为中心的公司，向以用户为中心的公司转变，从销售产品向经营客户转变，这就是联想新的使命”，杨元庆在2015新财年的誓师大会上讲到。未来，联想提供的设备都不再仅仅是硬件，而将是硬件+软件+服务平台的结合，是“三位一体”的设备。

“聚用户，再征程”，在联想三十而立，国际化硕果累累，再启征程之际，从以产品为中心转变到以用户为中心，正是联想应对5G和互联网+时代机遇与挑战的根本之道。

New Engagement.New Journey——The Lenovo Way of 5G

5Gcommunicationwouldliketohaveauser-centric,allowinguserstoenjoyperfectfreedomtotransferinformation.Thispaperbrieflydiscussesthemainapplicationscenariosandrequirements,challengesandopportunitiesof5Gcommunications.Onlyatrulyuser-centricresearchanddesignof5GcommunicationsystemsandDevices,inordertogivethepeopleperfectexperience.

5G,wearable,UDN,SON

2015-04-28）