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獨家專訪清華大學牛志升：超蜂窩網絡展望5G曙光

形態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業鏈帶來了很大的技術與商業挑戰。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絡現狀，產業鏈必須要進行改變。在探尋新商業模式的同時，對網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務之時，網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等也吸引著業界的目光，然而所有這些方案都是基于蜂窩網絡本身的改變。
而能效與資源優化的超蜂窩移動通信系統基礎研究項目（以下簡稱超蜂窩網絡項目）則借鑒固網引入程控交換時加入7號信令的模式，提出在原有蜂窩網絡的基礎上，單獨建立一個信令控制層，來實現對蜂窩基站的智能控制，從而達到節省能耗實現綠色通信的目的。這一網絡架構另辟蹊徑，幾乎顛覆了以往架構革新的解決思路。
究竟這樣一種網絡架構思路是如何產生的？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絡技術委員會副主任委員。）
組建信令網：控制與業務相分離
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發展的一種思路。以往降低能耗多是通過降低基站發射功率，實際上大部分基站能耗并非用于信號發射，而是后續信號處理，電源放大器以及空調散熱等方面。而為了達到發射功率的降低，往往需要付出更多的能耗代價來支持。
現有蜂窩網有很多冗余覆蓋，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，以此來節省能耗。牛志升介紹說，比如夜間業務量較小時，可以讓部分基站進入休眠狀態，但休眠的前提是剩下的部分基站需要繼續工作。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，則需要信令網絡層來統一管理，實現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動態控制，這便是超蜂窩網絡架構中的蜂窩變焦（cell Zooming）技術：根據業務的需求來決定基站覆蓋范圍，這樣的動態柔性覆蓋能使蜂窩網變得非常智能。
此種蜂窩變焦技術能讓業務量小的基站擴大覆蓋范圍，讓業務量大的基站縮小覆蓋范圍。在信令網的控制下，使基站覆蓋范圍能像鏡頭一樣自由伸縮，突破現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，信令網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約能效。我們可以通過引入差異化服務機制來為不同的業務提供按需適度服務，從而提高網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的服務，以一定的延時來換取能量效率。
產業鏈參與：實現產學研用相結合
作為國家973項目的一部分，超蜂窩網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。
整個超蜂窩網絡項目分為六個課題，其中前兩個課題網絡能效理論與超蜂窩體系架構與超蜂窩網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。
能效優先的傳輸理論與彈性接入方法和超蜂窩網絡協作機制與資源優化方法兩個課題，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，主要聚焦異構網絡的協同運行。如中移動的GSM/TD-SCMDA/TD-LTE/WIFI四網，要保持協同運作，同樣也需要建立一個信令網。以往四網分別有不同的信令網，無法統一控制，建立超蜂窩網絡后則可能實現，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。未來業務需求會變得越來越專業化，比如在語音萎縮的趨勢下，數據業務及視頻業務等點對多的傳輸形式將成為主流。根據不同用戶需求提供不同服務，并給予‘適當覆蓋’才是更為節能的方法。牛志升認為。
據牛志升透露，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絡的節能降耗已有清晰的計劃，C-RAN屬于其中的中期計劃，目前已在穩步推進中，而相關遠期計劃可能會考慮引入超蜂窩網絡架構。牛志升認為，C-RAN的優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絡需求，而遠期看則有一定局限性。要想更徹底地節能，可能還是需要超蜂窩網絡。
可持續發展：改變移動通信演進路線
移動通信網絡從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，超蜂窩網絡可能會對現有共存的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。
5G的演進可能不會走1G到4G的演進老路，不再是繼續致力于提高頻譜效率而忽略可持續發展，而是綜合考慮能量效率與頻譜效率的協調發展。
雖說5G還很遙遠，但目前已經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合優化，可能是未來移動通信智能網絡的核心理念，其關注的不再是傳輸的速度有多快，而是整個網絡架構的變革，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，與頻譜效率達到協調運作。
希望‘超蜂窩網絡’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，超蜂窩網絡契合目前運營商的普遍需求，市場前景非常可觀，距離其推向市場應該不會超過10年。

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