頻譜是無線通信最為寶貴的資源，無線技術發展至今，頻譜利用率已經遇到技術瓶頸。面對流量飛速增長的現狀，如何解決頻譜利用率緊張的難題，成為向5G演進的關鍵問題。就如何解決4G向5G演進路上的技術難題，我們邀請到了中興通訊首席科學家向際鷹博士來為我們解答。
5G前景廣闊，但目前大量優秀頻譜被2G/ 3G/4G占用，頻譜資源將成為5G演進的主要問題。如何解決頻譜資源稀缺的問題呢？
向：無線通信最為寶貴的就是頻譜資源，5G的帶寬需求更大，頻譜資源問題也顯得更為迫切。低頻的頻譜路損較小，覆蓋較好，多數運營商愿意首選低頻來實現大范圍覆蓋。但優質的低頻頻譜幾乎都已經分配殆盡。
為了解決頻譜問題，業界普遍的看法是，提升頻譜效率是關鍵，也就是挖潛，看看有什么樣的技術能夠使頻譜效率進一步提升。由于3G、4G通信系統已經工作于噪聲極限和單鏈路香農極限，理論上不存在大幅提升的可能性。空分復用技術是唯一能夠實現頻譜效率數倍提升的技術。因為它可以使系統在同一時間、同一頻段、同一宏觀物理空間上進行多路通信而且互不干擾，讓有限的頻譜資源得到最大化的利用。
3G的碼分多址技術，也能夠實現“同時、同頻、同空間”的多路通信，但是碼分多址采用正交碼區分用戶，多個正交碼之間形成一個自干擾系統，為了滿足正交條件，所有用戶都必須降低傳輸速率，理論上如果N個用戶同時通信，則每個用戶最多用1/N的速率通信，因此碼分多址不能提升極限頻譜效率，其理論極限與時分復用是一樣的。而空分復用在多個用戶同時通信的情況下，各個用戶不需要降低速率，這樣就成倍提升了頻譜效率。
按照國際通信組織與各國政府機構的規劃，5G通信技術將在2020年左右正式實現商用，在5G到來之前，面對流量飛速增長的需求，在4G現網中提升頻譜利用率是關鍵。空分復用技術如何解決網絡演進中面臨的這個難題呢？
向：形象地講，通信技術的升級換代本質上類似于要提升高速公路（即通信管道）的流量——即單位時間內通過更多的車輛（數據）。想要做到這一點有幾種方法：一是對高速公路進行擴建，例如將2車道的高速公路擴建成8車道，或是將原來2車道的高速公路修建成上下2層的立體車道。將這個例子對應到通信領域，擴建就相當于重新部署新設備、鋪設新網絡，成本極高。二是修改汽車，讓汽車變小，或是將汽車的最高時速提高，從而讓單位時間內能夠通過更多的汽車。對應到通信領域，該辦法對應的是修改手機終端，讓手機能夠接受更多的數據。但由于現有的4G手機終端的基本架構已經成型，很難去大改，因此這種方案也不可行。與此同時，一部手機會使用多年，且5G標準與配套的手機芯片都還沒有面世，這種辦法也不可行。
空分復用技術是唯一能夠實現頻譜效率數倍提升的技術。空分復用技術，即通過自適應天線陣列將空間分割，在不同的方向上形成不同的波束，每個波束可提供一個無其他用戶干擾的唯一信道，進而讓同一頻段在不同的空間內得以重復利用。這就像是在高速公路上看到其他的車，并且很多車在同一條車道上，但是對方就像空氣一樣，互不影響。也就是在不擴建高速公路（通信網絡），也不修改汽車（移動終端）的情況下提升流量。
2013年，中興通訊開始研究空分復用技術，是最早從事空分復用技術研發的公司。如今，中興通訊成功將該技術應用到TDD和FDD網絡中，并且逐漸將自己的先發優勢發展成了全面優勢。
Massive MIMO作為空分復用技術的一種，被中興通訊率先引入到Pre5G和5G的關鍵技術中。Pre5G從2014年提出，到目前的進展如何？
向：Pre5G的特點在于，通過對基站側的大量優化，用戶無需更換終端即可提前享受到準5G的使用體驗，提升了運營商的網絡競爭力。對運營商來說，Pre5G在基站側完全可以平滑升級到5G，不會浪費投資。
利用在空分技術方面的領先優勢,中興通訊相繼研發了TDD Massive MIMO和FDD Massive MIMO，并努力推動商用。
2015年，基于TDD的Pre5G Massive MIMO完成產品開發和外場測試，推出的商用產品也被多家知名運營商選擇，開始商用測試和部署。2016年2月24日，在西班牙巴塞羅那舉行的2016世界移動通信大會上，中興通訊憑借Pre5G Massive MIMO榮獲全球移動大獎“最佳移動技術突破獎”和“CTO 選擇獎”。目前，中興通訊的Pre5G已經在全球30個國家超過40家運營商商用。最早商用該方案的軟銀CEO孫正義在今年2月舉行的GTI大會上表示：“選擇TD-LTE使我們大獲成功。”他還指出Massive MIMO是TD-LTE向5G演進的重要內涵。
2016年底，中興通訊在業界率先宣布推出FDD Massive MIMO樣機。
為什么說將Massive MIMO成功引入FDD，是一項重大的突破？
向：全球約85%的運營商移動網絡都是FDD制式，但FDD做多天線空分面臨巨大的困難。對于FDD-LTE制式來說，由于上下行采用不同頻譜，信道不具備互易性，也就是說，在上行看到的信號變化，和下行看到的不一致，上下行相位有一個隨機變化。因此傳統觀點認為FDD必須用手機主動測量基站的下行信號，再通過消息匯報給基站，基站才能做閉環的MIMO。
而Massive MIMO基站有幾十根天線，那么基站將這么多天線信息告知手機，手機再測量后上報，按現在4G的機制，已經需要占據100%以上的資源了，所以對于FDD，如何引入massive MIMO成為核心挑戰之一。
基于在TDD Massive MIMO上的深厚積累，中興通訊經過近1年的努力，攻克大量技術難關，創新研發出基于FDD制式的專利信道算法，依托自研基帶處理芯片強大的處理能力，通過軟件算法的突破與硬件能力的提升，成功實現了Massive MIMO技術在FDD-LTE網絡中的應用，為全球數百家FDD運營商構筑了一條通向5G的坦途，為現有4G網絡提供了新的演進路徑和發展空間，其價值與意義難以估量。
中興通訊在空分復用上的技術積累，已經在Pre5G上得到了應用價值的體現，對于未來5G的應用價值是怎樣的？
5G盡管還沒有確定最終標準，大致方向已定，高低頻組合和逐步商用的方式得到業界普遍認可。低頻段只能用空分復用技術提升頻譜效率，高頻段的覆蓋范圍小，也要利用空分復用技術提升覆蓋，這實際上用的是一種空分復用的退化版本。所以對5G來說，無論是低頻還是高頻，都極大依賴于空分復用技術。
中興通訊Massive MIMO等5G關鍵技術在現有移動網絡類5G場景中的提前應用，領先業界獲取了大量實際網絡場景中的商用經驗和實測數據，可以提前解決商用過程中遇到的技術和應用問題，極大地加速5G核心技術的成熟和完善，有效縮短產品驗證和規模商用的周期。在此過程中，中興通訊已申請了幾百個技術專利，同時也結合實際場景中的大量數據，為標準組織貢獻了許多更具價值的提案。Pre5G一方面使4G網絡受益、現有用戶受益，另一方面為未來5G提供商用參考，從而真正構建4G通往5G的橋梁。中興通訊基于Pre5G Massive MIMO技術規模商用帶來的先發優勢，將在5G上保持有利地位。