独家专访清华大学牛志升：超蜂窝网络展望5G曙光-巨人网络通讯

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独家专访清华大学牛志升：超蜂窝网络展望5G曙光

形态各异的终端和丰富多彩的应用，在极大满足消费者个性化需求的同时，也给运营商和整个产业链带来了很大的技术与商业挑战。面对日益短缺的频谱资源、逐渐高涨的运营成本和增量不增收的网络现状，产业链必须要进行改变。在探寻新商业模式的同时，对网络架构与管道技术的革新也从未停止。
特别是在移动通信领域，问题最为严重，革新也最具动力。事实也是如此，在移动宽带接入逐渐成为全球运营商主流业务之时，网络架构的革新高潮也随之而来。目前国内三大运营商都已推出相应的架构革新方案，包括C-RAN、蓝极光和I-Net；设备商也行动了起来，华为的Single RAN，阿尔卡特朗讯的lightRadio等也吸引着业界的目光，然而所有这些方案都是基于蜂窝网络本身的改变。
而能效与资源优化的超蜂窝移动通信系统基础研究项目（以下简称超蜂窝网络项目）则借鉴固网引入程控交换时加入7号信令的模式，提出在原有蜂窝网络的基础上，单独建立一个信令控制层，来实现对蜂窝基站的智能控制，从而达到节省能耗实现绿色通信的目的。这一网络架构另辟蹊径，几乎颠覆了以往架构革新的解决思路。
究竟这样一种网络架构思路是如何产生的？技术可行性和可操作性的程度有多大？应用前景如何？为此，C114采访了这一架构理念的提出者，清华大学信息科学技术学院副院长、电子工程系教授牛志升，请他详细解读了超蜂窝网络架构的运作模式与市场前景。（牛志升同时还是2012年IEEE学会会士(IEEE Fellow)，以及中国通信学会信息通信网络技术委员会副主任委员。）
组建信令网：控制与业务相分离
在绿色通信越来越成为迫切之需的今天，如何在提高频谱效率的同时又能有效控制能量效率，成为移动通信可持续发展的一种思路。以往降低能耗多是通过降低基站发射功率，实际上大部分基站能耗并非用于信号发射，而是后续信号处理，电源放大器以及空调散热等方面。而为了达到发射功率的降低，往往需要付出更多的能耗代价来支持。
现有蜂窝网有很多冗余覆盖，不论白天还是晚上，基站都需进行最好的覆盖。因此我们想到了让基站在一天24小时的某个时段休眠，以此来节省能耗。牛志升介绍说，比如夜间业务量较小时，可以让部分基站进入休眠状态，但休眠的前提是剩下的部分基站需要继续工作。此种做法可能是目前降低基站能耗最有效的一个方法。
当然，如何令基站休眠并适时唤醒基站等细节，则需要信令网络层来统一管理，实现对蜂窝基站的智能控制。同时，在调配休眠基站与服务基站的同时，对基站的覆盖范围也能实现动态控制，这便是超蜂窝网络架构中的蜂窝变焦（cell Zooming）技术：根据业务的需求来决定基站覆盖范围，这样的动态柔性覆盖能使蜂窝网变得非常智能。
此种蜂窝变焦技术能让业务量小的基站扩大覆盖范围，让业务量大的基站缩小覆盖范围。在信令网的控制下，使基站覆盖范围能像镜头一样自由伸缩，突破现有基站覆盖范围不可变化的局限。如此智能调配蜂窝基站的工作量，既节省能耗又能有效基站之间的避免干扰。
目前我们所要做的，就是加大力度解决其中一些核心技术问题，比如怎样组建新的信令网，信令网如何与蜂窝基站进行信息交互等等这些问题。牛志升表示。
除去基站架构的调整，改变服务方式也能够节约能效。我们可以通过引入差异化服务机制来为不同的业务提供按需适度服务，从而提高网络资源和能量的利用率。牛志升说，原来移动通信，强调提供3A服务(Anytime、Anywhere、Any media)，未来绿色通信应该提供3R服务(Right time、Right place、Right service)，即在需要的时候需要的地点提供最适当的服务，以一定的延时来换取能量效率。
产业链参与：实现产学研用相结合
作为国家973项目的一部分，超蜂窝网络研究项目早在一两年前已进入酝酿阶段，自今年年初正式启动以来，开展已有约半年时间，预计研究期限为2012年到2016年。
整个超蜂窝网络项目分为六个课题，其中前两个课题网络能效理论与超蜂窝体系架构与超蜂窝网络的柔性覆盖与控制理论致力于探索能效的成因关系以及高效能覆盖的机理，由清华大学与华为牵头开展，华为的加入有利于未来基站设备功能的完善。
能效优先的传输理论与弹性接入方法和超蜂窝网络协作机制与资源优化方法两个课题，由电子科技大学和北京航空航天大学、东南大学和中国科技大学分别负责，主要聚焦异构网络的协同运行。如中移动的GSM/TD-SCMDA/TD-LTE/WIFI四网，要保持协同运作，同样也需要建立一个信令网。以往四网分别有不同的信令网，无法统一控制，建立超蜂窝网络后则可能实现，当然其中还涉及到一些标准化的问题。牛志升表示这两课题后期可能也需要运营商和设备商参与进来。
用户群体行为建模与高能效服务方法与业务特征认知与高能效差异化服务方法最后两课题，则由中国电信和北京邮电大学、浙江大学和清华大学合作研究。未来业务需求会变得越来越专业化，比如在语音萎缩的趋势下，数据业务及视频业务等点对多的传输形式将成为主流。根据不同用户需求提供不同服务，并给予‘适当覆盖’才是更为节能的方法。牛志升认为。
据牛志升透露，目前这一项目不仅有中国电信和华为的参与，中国移动也表现出了浓厚的兴趣。就在几天前，中国移动相关负责人就曾与牛教授接洽，对于这一项目进行了详细交流。
实际上，在此之前，中国移动对于自身网络的节能降耗已有清晰的计划，C-RAN属于其中的中期计划，目前已在稳步推进中，而相关远期计划可能会考虑引入超蜂窝网络架构。牛志升认为，C-RAN的优势在于第一能将天线拉远从而接近用户降低功耗，第二能在后台形成集中处理，有一定的灵活性。可能中期能在一定程度上满足网络需求，而远期看则有一定局限性。要想更彻底地节能，可能还是需要超蜂窝网络。
可持续发展：改变移动通信演进路线
移动通信网络从1G、2G、3G到4G，大概每10年一个更迭周期，其演进思路均为如何进一步提高频谱利用率。然而频谱效率的提高，却要以消耗高达10倍的能量为代价。牛志升表示，超蜂窝网络可能会对现有共存的2G、3G、4G都有非常明显的降耗作用，而真正起变革作用的可能是未来的5G技术。
5G的演进可能不会走1G到4G的演进老路，不再是继续致力于提高频谱效率而忽略可持续发展，而是综合考虑能量效率与频谱效率的协调发展。
虽说5G还很遥远，但目前已经有越来越多的人关注能量效率。将能量效率与频谱效率作联合优化，可能是未来移动通信智能网络的核心理念，其关注的不再是传输的速度有多快，而是整个网络架构的变革，从而根本解决能耗的源头。将来5G可能会将能耗降到一个指标，与频谱效率达到协调运作。
希望‘超蜂窝网络’能作为5G的一个核心技术，如果做得好，看看中国能否抢到这个先机。牛志升认为，超蜂窝网络契合目前运营商的普遍需求，市场前景非常可观，距离其推向市场应该不会超过10年。

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