德國(guó)德勒斯登工業(yè)大學(xué)（Tu Dresden）教授兼Vodafone Chair Mobile Communications Systems計(jì)畫主持人Gerhard Fettweis確信已為下一代5G蜂巢式網(wǎng)路空中介面作好準(zhǔn)備。他認(rèn)為通用頻分多工（GFDM）優(yōu)勢(shì)明顯，可以支援他所說的觸覺網(wǎng)際網(wǎng)路，這同時(shí)也是物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的未來，目前并已經(jīng)獲得了包括華為（Huawei）、英特爾（Intel）、國(guó)家儀器（NI）、沃達(dá)豐（Vodafone）和賽靈思 （Xilinx）等多家公司的支持。
各方都一致認(rèn)為5G需要一種新的空中介面來滿足其雄心壯志，因?yàn)?G并不向后相容于目前的4G LTE。業(yè)界至今已提出了6種主要的建議了，預(yù)計(jì)在3GPP于2018年藉由完成Release 15版本發(fā)布第一個(gè)主要的5G標(biāo)準(zhǔn)之前還會(huì)有更多的提議浮出臺(tái)面。
大多數(shù)的提議都是目前正交頻分多工（OFDM）技術(shù)的變化版本，有利于進(jìn)一步增強(qiáng)支持者的力量。一些專家認(rèn)為，空中介面方面的競(jìng)爭(zhēng)并不至于像為大規(guī)模天線陣列定義全新的技術(shù)以及支援6GHz以上頻率的工作那樣激烈。
盡管如此，許多公司和研究機(jī)構(gòu)開始側(cè)重于采用他們認(rèn)為可為整個(gè)產(chǎn)業(yè)和他們自己帶來最大好處的空中介面。這些空中介面之間的差異涉及無線通訊技術(shù)方面的微妙權(quán)衡。
編碼機(jī)制的“選美比賽”
“這有點(diǎn)像選美比賽，最后可能會(huì)采納多項(xiàng)提議的部分內(nèi)容，但其實(shí)并不至于太復(fù)雜，因?yàn)樵摷夹g(shù)存在基本的實(shí)體定律，我們無法針對(duì)所有方面進(jìn)行最佳化，”經(jīng)驗(yàn)豐富的研究員兼企業(yè)家Arogyaswami Paulraj在最近舉行的IEEE 5G高峰論壇上表示。
高通公司（Qualcomm）研究部門Qualcomm Research負(fù)責(zé)5G的資深工程總監(jiān)John Smee同意上述觀點(diǎn)。各種提議無非是在開啟與過濾OFDM訊號(hào)上做文章，他指出。
盡管如此，高通最近也發(fā)表了自家的提議。它的統(tǒng)一OFDM介面采用的是使用多種技術(shù)的混合方法，可支援2次冪的眾多符號(hào)，因而更適于半導(dǎo)體設(shè)計(jì)。高通并針對(duì)資源有限的物聯(lián)網(wǎng)提出了另一種5G方法。
Fettweis將高通的統(tǒng)一介面形容為研究人員研究多年的時(shí)間/頻率程式碼分割概念變化版。他認(rèn)為這種方法可能不具有最高的能效，而是形成功耗相對(duì)較大的類比元件，如ADC和射頻（RF）晶片。
高通在最近發(fā)表的白皮書中描述對(duì)于5G空中介面的看法
5G技術(shù)將為下一代物聯(lián)網(wǎng)鋪路
GFDM旨在透過混合方法支援多載波
與其它方法一樣，斯堪地那維亞半島（Scandinavia）的研究人員和公司都表示支援“多載波濾波”（FBMC）技術(shù)。Paulraj表示，F(xiàn)BMC方法可提供最佳的頻外輻射性能，但由于其視窗太長(zhǎng)，并不利于為5G規(guī)劃的大天線陣列。
通用濾波多載波（UFMC）途徑在頻外輻射性能方面也不是很好，但在基地臺(tái)共用上行鏈路方面的表現(xiàn)較好，Paulraj指出，“就像打沙袋一樣，你從一側(cè)打一拳過去，另一邊就鼓出來。”
據(jù)Fettweis透露，阿爾卡特-朗訊（Alcatel-Lucent）支援UFMC，并稱其為可在次載波通道上支援多載波系統(tǒng)的一種途徑。如果采用其“去尾”（tail-biting）方法進(jìn)行濾波，還能相容于其GFDM，他表示。
華為據(jù)稱支援一種稱為頻譜過濾的OFDM途徑，其優(yōu)勢(shì)更接近于“香農(nóng)理論”（Shannon’s Law）的容量極限。不過，F(xiàn)ettweis指出，這種方法需要更復(fù)雜的接收器和天線陣列。
至少有一家新創(chuàng)企業(yè)提出了一種除了OFDM以外的全新方法，那就是Cohere Technologies公司。該公司采用創(chuàng)新的數(shù)學(xué)概念，能夠更精確地提供通道估計(jì)，進(jìn)而提高頻譜效率。Cohere公司目前正開始準(zhǔn)備白皮書，計(jì)劃首度公布這一概念的部份細(xì)節(jié)。
Paulraj表示，“在所有事情塵埃落定之前我們需要更多的想法。”
低延遲實(shí)現(xiàn)觸覺網(wǎng)際網(wǎng)路
Fettweis將其GFDM視為一種超集合途徑，可根據(jù)其細(xì)節(jié)的建置方式相容于多項(xiàng)提議。其關(guān)鍵的元件之一是用于濾波模組的環(huán)繞式處理方法，據(jù)稱這有助于保持資料封包較短，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的延遲。
Fettweis解釋，“我們提出了環(huán)形濾波的技術(shù)，因此，如果一個(gè)資料封包是70ms長(zhǎng)的話，過濾整個(gè)資料封包的時(shí)間仍然是70ms長(zhǎng)。”
這種途徑還能保持在較低的峰均功率比值，從而確保功率放大器執(zhí)行于低功耗狀態(tài)?！拔覀儤I(yè)已表明這個(gè)比值不會(huì)變差，而且在大多數(shù)情況下使用我們的方法還會(huì)有顯著的改善。”Fettweis指出。
這種途徑為物聯(lián)網(wǎng)開啟了新的使用案例之門。Fettweis和其它研究人員將這些用例歸納在一個(gè)他們稱為觸覺網(wǎng)際網(wǎng)路的概念中。這些用例包括無線版本的多用戶游戲、虛擬實(shí)境、零售產(chǎn)品展示以及各種遠(yuǎn)端系統(tǒng)管理的工業(yè)、機(jī)器人和醫(yī)療控制。
5G技術(shù)將為下一代物聯(lián)網(wǎng)鋪路
Fettweis開發(fā)了一種新應(yīng)用案例，只有毫秒級(jí)的延遲
舉例來說，鑒于目前的無線延遲高達(dá)150ms，用戶無法使用虛擬實(shí)境（VR）頭戴式顯示器作出及時(shí)的反應(yīng)。但當(dāng)延遲減少到5ms時(shí)，這樣的任務(wù)就相當(dāng)輕松了。
愛立信（Ericsson）與倫敦國(guó)王學(xué)院（King’s College London）的研究人員們目前也針對(duì)觸覺網(wǎng)際網(wǎng)路的開發(fā)展開合作。例如，該實(shí)驗(yàn)室無線通訊部門的Mischa Dohler表示，他們希望進(jìn)一步推動(dòng)觸覺編解碼器與編碼器的標(biāo)準(zhǔn)化。
觸覺網(wǎng)際網(wǎng)路可以衍生出物聯(lián)網(wǎng)版本的Facebook，F(xiàn)ettweis把它稱之為Thingbook——與智慧物件互動(dòng)的一種網(wǎng)路介面。
“目前有5家大公司每年在GFDM上投入數(shù)百萬美元，顯示有一個(gè)很大的群體正廣泛接受GFDM?！蹦壳罢高^沃達(dá)豐申請(qǐng)GFDM專利的Fettweis透露，“華為就有一大幫人正拼命地撰寫有關(guān)GFDM的專利。”
追求低延遲也招徠了不少人的批評(píng)。例如高通公司表示，GFDM需要復(fù)雜的接收器來處理干擾，而且還必須為多工服務(wù)提供較大保護(hù)頻段。
云端無線接取網(wǎng)路（C-RAN）的支持者們認(rèn)為，GFDM的低延遲可能與其目標(biāo)沖突。C-RAN旨在將基地臺(tái)轉(zhuǎn)變成簡(jiǎn)單的天線陣列，然后將訊號(hào)反饋至巨量資料中心并在標(biāo)準(zhǔn)伺服器上進(jìn)行處理。這種方法可以免于蜂巢式天線塔通常需要空調(diào)的大型系統(tǒng)機(jī)柜需求。
目前正為搜尋引擎巨擘Google搭建無線通訊業(yè)務(wù)的Google Access資深主管Tibor Boros表示：“C-RAN十分理想，因?yàn)樗鼈兛梢越档突A(chǔ)設(shè)施的功耗和成本，讓任何人都能為蜂巢式網(wǎng)路編寫軟體，而且虛擬化蜂巢式網(wǎng)路十分令人振奮?！?/p>
“然而，如果延遲很低，C-RAN就沒這么理想了，因?yàn)閷?shí)體層必須更接近邊緣甚至核心網(wǎng)路，”Boros指出。
Fettweis把C-RAN稱為“一個(gè)美好的概念，然而，一旦基地臺(tái)有許多天線就會(huì)崩解，因?yàn)槊扛炀€都需要Gbit/s鏈路連接到云端伺服器。因此，如果未來使用5G時(shí)可提供100根基地臺(tái)天線，那么從基地到C-RAN訊號(hào)處理引擎將需要數(shù)個(gè)Tbit/s級(jí)的鏈路。”
盡管如此，F(xiàn)ettweis認(rèn)為，仍有許多方法可以用來消除C-RAN和低延遲之間的沖突。舉例來說，營(yíng)運(yùn)商可以在網(wǎng)路邊緣安裝云端伺服器，他估計(jì)那也許是距任何C-RAN無線頭端一英哩的范圍內(nèi)。