高通莊思民：基礎技術研發是高通的立足之本
日前，高通工程技術副總裁兼5G研發負責人莊思民（John Smee）就高通在5G方面的佈局、5G的發展現狀與未來方向，以及構建5G的要素等話題與媒體進行了深度溝通和交流。
莊思民表示，高通在5G方面進行了大量投入，致力於讓5G連接覆蓋儘可能多的人、設備和行業。在他看來，5G將變成面向未來創新的統一連接架構，5G連接將無處不在並支持高度多樣化的應用場景。5G將覆蓋智能手錶、平台電腦、網聯汽車、智慧城市等廣泛場景，而實現這些需要一個統一的超低時延、可拓展的系統。
5G的發展目標之一是將移動生態系統拓展至全新行業。高通圍繞5G連接將賦能哪些行業的數字化轉型、這些數字化轉型的總體價值是多少等進行了調研。調研結果顯示，5G能夠賦能智能工廠，使交通更加安全和自動化，讓遠程醫療更可靠，助力精準農業的發展，提高物流和零售的數字化水平，構建可持續發展的城市和基礎設施，構建面向物流、企業和工廠的私有網絡，更高效地利用能源和公共設施。
“之所以説5G帶來了巨大的機遇，是因為5G能夠變革各行各業，海量的數據和連接就此產生。5G為各行各業帶來的數字化變革，對於全球各大經濟體而言都意味着巨大的發展機遇。” 莊思民説。
通過5G標準化和商用時間表我們可以看到Release15、16和17的5G演進路線圖。通過這張圖我們可以看到，在2019年9月，基於Release 15的5G終端實現了商用，Release 16即將完成，Release 17目前正在討論中。具體來説，5G生態系統擴展的起點是基於Release 15的增強型移動寬帶（eMBB），到了Release 16 5G應用場景將拓展到工業物聯網、車聯網以及許可/免許可頻譜。
據莊思民介紹，作為一個致力於移動基礎技術發明的公司，高通早在十多年前就開始了5G的研發。“這是高通的立足之本”，莊思民稱：“正是這些基礎研發工作才能支持我們不斷推動標準化和商業化，賦能終端廠商推出終端產品、催生商業機會。”
在莊思民看來，5G發展的關鍵在於如何加速全球部署和商用。而多年來，高通一直致力於推動5G在2019年實現商用，如在非獨立組網（NSA）和獨立組網（SA）進行研發，積極支持5G網絡和4G LTE網絡的協同工作。通過NSA部署方式，讓用户提前享受到5G的移動網絡體驗，並且保證了未來5G可以同NSA逐步過渡到SA。
除此之外，高通在推動5G在2019年商用方面還做了大量的工作。如進行業界領先的研發工作，並積極推動具有互操作性的全球標準，同時也在內部做端對端的系統原型設計、系統仿真、網絡仿真。把研發出來的技術標準化，並在端到端系統原型機和仿真試驗中得到驗證之後，與合作伙伴進行互操作測試和外場試驗，推動產品商用。
從以上覆雜的步驟中不難看出，5G從技術研發、標準化、測試到產業化以及全球化的部署是一個漫長的過程。而高通的科學家和工程師在研發之初就具備前瞻眼光，思考技術的未來走向、未來的網絡架構有什麼變化、未來的智能網聯汽車以及物聯網的形態、未來隨着信息媒介的變革運營商將會扮演什麼樣的角色、未來各行各業的工作模式。
“我們不僅僅需要解決工程和科技上的問題，還需要考慮到技術在未來可能的應用以及技術對這個移動互連世界產生的影響。”莊思民表示，由於5G高帶寬、低時延、廣連接的特性使得5G能夠創造更多新的價值，提供多樣化服務，除了手機通信領域以外還將拓展到其他廣泛的服務中。因此，高通的基礎技術研發和產品設計創新都以能提供多種多樣的服務為出發點。滿足多樣服務的一個關鍵是儘可能利用多樣化的頻譜資源，其中不僅包括1GHz以下的低頻段、1GHz到6GHz的中頻段，還包括毫米波在內的高頻段。儘管中國還沒有部署，但毫米波的優勢是顯而易見的：可支持高速率、大帶寬和大容量的信息傳輸。目前，毫米波已在美國、韓國等市場進行了部署，未來也將拓展到中國。而高通在毫米波技術上做了大量的基礎研發工作，併成功將毫米波應用到移動領域，並與各大設備供應商進行測試。
值得一提得是，莊思民明確表示，毫米波並不是用來取代6GHz以下頻段的，兩者屬於互為補充關係。高通之所以如此重視毫米波的應用，是因為毫米波擁有極大的帶寬，並且可以在密集環境中對極大帶寬的毫米波頻譜資源進行重複利用。未來，海量的數據將被創造，由此產生大量的連接需求，而5G毫米波的部署可以使數據傳輸更加高效。
相對於4G來説，5G的部署更具經濟效益，其中一個原因是5G採用的是全新的網絡架構。因此，在通信領域，5G意味着網絡架構的徹底變革。早在10年前，高通就開始研究5G的部署方式，如何讓汽車實現通信、如何利用毫米波在熱點地區進行覆蓋從而對6GHz以下頻段進行補充。“我們採用端到端的系統級解決方案，對如何提供多樣化的服務、如何利用多樣化的頻譜、如何採用更具經濟效益的部署有深刻的理解和洞察。”莊思民表示，“高通不僅要進行技術研發，更要實現技術的商用。”
具體來講，高通所做的是不斷對網絡性能進行優化：將端對端時延研所到前一代通信技術的1/10，將吞吐量提升到原來的10倍，將頻譜效率提升到原來的3倍，將網絡容量提升到原來的100倍以上。此外，高通還不斷在提高網絡的能效以及連接密度。莊思民坦言，對高通來説，5G是一個長期的研發項目，“高通從很早就開展技術研發，為滿足各種各樣設計需求、多樣化的頻譜利用方式以經濟的網絡部署方式，整合了廣泛的基礎技術”。
很長一段時間內，業界都認為毫米波技術不可用於移動應用。但高通通過在研發方面的大量投入，成功證明了毫米波技術可應用於移動領域，並且以技術創新實現了毫米波在移動終端的商用。莊思民詳細解釋了高通是如何克服毫米波的技術缺陷的：
第一，毫米波的覆蓋範圍有限，並且部署的成本非常高。但是高通通過窄波束寬度的模擬波束成形克服了路徑損耗，並且重用現有站址充分利用現有資源擴大了覆蓋範圍、降低了成本。
第二，毫米波的頻率很高，在傳輸過程中能量容易損耗，限制了信號傳播，所以之前業界普遍認為毫米波只能支持視距（LOS）運行。但高通通過突破性技術能夠支持毫米波在非視距（NLOS）環境中運行。例如當發送端和接收端不能夠看見對方，以及手機與基站中間有阻礙等典型非視距環境都可以正常傳輸。高通的技術充分利用路徑分集和反射，通過先進的波束成形和波束追蹤技術使得毫米波本身的短板得以補全。
第三，業界普遍認為，毫米波只能用於傳輸和接收點都是固定的點到點通信，例如無線回傳和衞星，但高通做了很多技術研發，成功實現穩健性並通過自適應波束導向與切換實現切換，以克服手部、頭部、身體和植被的阻擋，來保證當手機用户處於移動環境中仍然能夠很好地使用網絡服務。
第四，此前人們認為毫米波無法應用於智能手機這種外形尺寸較小的終端中，但高通通過多年的研發投入，發佈了調制解調器、射頻和天線眾多產品來應對在外形尺寸和散熱方面的限制，並推動終端的創新和商用進程。
“我們在技術方面的突破性成就在向業界證明，高通正在通過大量的研發投入克服技術困難，使不可能成為可能。”高通憑藉四方面的基礎性的端到端創新——藉助共址實現顯著覆蓋、支持視距和非視距運行、支持穩健移動性、推動智能手機商用進程，改變了蜂窩系統的運行機制。莊思民表示，“這是為什麼高質量的系統級設計如此重要的原因，也是為什麼高通能夠幫助OEM合作伙伴推出商用終端、開拓市場並創造巨大經濟效益的原因。”
5G是一項通用技術，將對很多產業產生巨大影響，帶來巨大的機遇，能夠創造巨大的經濟效益，並且已經在5G標準化的過程中體現出來。5G未來將應用於工業互聯網、蜂窩車聯網（C-V2X）、還有移動毫米波演進等眾多垂直用例中。高通致力於把5G帶入到每一個細分產業中，並且針對每個產業的要求進行研發，保證5G能夠為每個細分產業提供高質量的服務。
談及高通的研發過程時，莊思民坦言，高通有許多研發項目，但並不是所有研發出來的技術都可以實現量產。高通採用端到端的系統級方法研發技術，並且確保這些技術具有商用價值。“在整個研發過程中，我們會先進行早期的技術研發，然後設計產品，之後與整個生態系統進行合作。”莊思民表示，研發過程中，高通將不斷地進行反覆測試，以確保高通的技術及產品具備出色的性能和卓越的價值。