近年來(lái)，隨著(zhù)人工智能（AI）技術(shù)快速發(fā)展，利用AI技術(shù)提升5G網(wǎng)絡(luò )性能也成為移動(dòng)通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。大量研究結果表明，利用AI技術(shù)可以從多個(gè)層面對現有5G網(wǎng)絡(luò )中多項設計進(jìn)行增強，從而達到提升系統運行效率和用戶(hù)體驗的效果。尤其是多項無(wú)線(xiàn)空口技術(shù)引入基于A(yíng)I的設計，將帶來(lái)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設計的根本性改變，是未來(lái)網(wǎng)絡(luò )設計的關(guān)鍵方向。

　　5G與AI不斷融合的過(guò)程，就是不斷構建5G智能維的過(guò)程。5G的智能維是基于5G大數據和算力資源，以人工智能技術(shù)為基礎的新資源維度。5G智能維可以被認為是與傳統無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信的時(shí)域、頻域和空域并列的一個(gè)新維度。相較于傳統的維度，5G智能維構建需要基于三項基本元素：5G大數據、算力資源和人工智能技術(shù)。5G大數據既包括5G網(wǎng)絡(luò )中原生數據也包括5G承載的數據。算力資源包括5G終端算力、5G網(wǎng)元算力和云設備算力。人工智能技術(shù)就是以機器學(xué)習為代表的人工智能技術(shù)。構建5G智能維可以定義為：利用人工智能技術(shù)，合理使用5G大數據和算力資源，使5G更加智能、高效，同時(shí)應用于5G網(wǎng)絡(luò )智能化適配，實(shí)現高質(zhì)量的多樣業(yè)務(wù)。

　　把基于A(yíng)I的多項關(guān)鍵技術(shù)引入實(shí)際網(wǎng)絡(luò )還面臨從基礎理論到實(shí)際應用相關(guān)的一系列關(guān)鍵問(wèn)題急需解決。這些關(guān)鍵問(wèn)題包括關(guān)鍵用例選擇、數據集構建、模型的管理和算力支撐等。對于5G大數據的挖掘需要借助一系列的AI基礎理論和工具，AI工具及算法對數據和算力有比較明確的需求，在5G網(wǎng)絡(luò )架構進(jìn)行增強性設計既要考慮不同算法的數據需求和實(shí)際性能，也要結合相關(guān)算法對算力資源進(jìn)行評估。5G網(wǎng)絡(luò )的強大傳輸能力也將推動(dòng)基于A(yíng)I的更多應用產(chǎn)生。AI相關(guān)應用的數據收集方式、計算方式、模型的部署與更新方式都需要考慮和5G網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行動(dòng)態(tài)結合，以便提供更好的服務(wù)。

　　5G國際標準開(kāi)始階段受各方面因素所限并未引入基于A(yíng)I的設計。隨著(zhù)AI技術(shù)的快速發(fā)展，在5G國際標準不斷演進(jìn)的過(guò)程中，也逐步考慮了與AI進(jìn)行融合的設計。從R15版本開(kāi)始至今，5G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)和核心網(wǎng)逐步引入了基于A(yíng)I的相關(guān)設計，同時(shí)也進(jìn)行了大量對AI技術(shù)支持相關(guān)的研究。本文結合5G國際標準進(jìn)展對5G和AI不斷融合的過(guò)程進(jìn)行詳細的介紹與分析。

　　基于A(yíng)I的空口設計是構建5G智能維度的核心

　　5G中基于A(yíng)I的物理層設計涉及空口及高層的設計?；贏(yíng)I的高層設計先于空口開(kāi)始了研究，重點(diǎn)關(guān)注基站節能和移動(dòng)性管理等用例?？湛谠O計主要對無(wú)線(xiàn)AI相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究與標準化。其中，基于A(yíng)I的空口設計是整個(gè)基于A(yíng)I設計的核心?，F有研究表明，基于A(yíng)I的空口設計是構建5G智能維度的核心，將有潛力開(kāi)啟全新的系統設計方式，并奠定6G的設計基礎，也是各公司國際標準化爭奪的焦點(diǎn)。

　　基于A(yíng)I的高層相關(guān)設計在3GPP R17版本中開(kāi)始研究，其名稱(chēng)是數據收集增強的項目。該項目研究了基于A(yíng)I的基站節能和移動(dòng)性管理相關(guān)的數據收集內容與收集過(guò)程，以及AI模型在5G網(wǎng)絡(luò )中的運行機制?；赗17的研究成果，R18版本重點(diǎn)關(guān)注基站網(wǎng)元間的信號傳遞和網(wǎng)絡(luò )架構上需要的修改，進(jìn)行了相關(guān)用例標準化工作。在R19版本中，除了持續完善現有用例的性能，基于A(yíng)I的高層設計還將考慮對基于A(yíng)I的智能切片等新業(yè)務(wù)的支持。

　　基于A(yíng)I的空口設計在R18中進(jìn)行了研究項目的立項。該項目是5G演進(jìn)中最受各公司關(guān)注的項目，也是無(wú)線(xiàn)AI技術(shù)在5G中首次進(jìn)行標準化。項目重點(diǎn)關(guān)注引入基于A(yíng)I的設計對5G整體框架的影響，并研究一些典型用例的性能及標準化影響。在項目開(kāi)展過(guò)程中定義了AI相關(guān)基礎概念、基礎仿真驗證方法論、基站終端合作方式，并針對模型／功能注冊、數據傳輸、模型傳輸、模型／功能選擇、模型／功能激活去激活等生命周期管理過(guò)程進(jìn)行了詳細的研究。在用例方面，R18版本對信道信息反饋、定位、波束管理等關(guān)鍵用例進(jìn)行了系統的研究。其中基于A(yíng)I的定位和波束管理技術(shù)得到各方認可，將在R19版本中進(jìn)行標準化，而基于A(yíng)I的信道信息反饋由于涉及雙邊模型的標準化，還有較多的問(wèn)題沒(méi)有得到很好的解決，在R19版本中將繼續進(jìn)行研究。此外，數據集傳輸和模型傳輸也是R18研究的熱點(diǎn)，考慮到數據集和模型傳輸的潛在開(kāi)銷(xiāo)，R18版本的研究還需要在R19版本和信道信息反饋一起繼續進(jìn)行研究。

　　持續推進(jìn)核心網(wǎng)側智能化

　　3GPP啟動(dòng)核心網(wǎng)側智能化的研究及標準化已有幾個(gè)版本。在R15階段，3GPP在5G網(wǎng)絡(luò )架構中引入了NWDAF（Network Data Analytics Function，網(wǎng)絡(luò )數據分析功能網(wǎng)元）。NWDAF用于網(wǎng)絡(luò )數據采集、網(wǎng)絡(luò )數據分析，以及向其他的網(wǎng)絡(luò )功能網(wǎng)元提供網(wǎng)絡(luò )切片實(shí)例負載等的分析信息。

　　在R16階段，3GPP專(zhuān)門(mén)成立了使能5G網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)化（enabler of Network Automation for 5G，eNA）的立項，對R15NWDAF功能進(jìn)行了補充和增強，定義了基于單實(shí)例集中式的智能網(wǎng)絡(luò )架構和能力。同時(shí)，也梳理了業(yè)務(wù)體驗、網(wǎng)元負載、網(wǎng)絡(luò )性能、UE移動(dòng)性、UE交互性、終端異常行為等應用場(chǎng)景以及涉及的關(guān)鍵技術(shù)。

　　在R17階段，3GPP進(jìn)一步成立了eNA_phase2立項，繼續研究網(wǎng)絡(luò )架構的進(jìn)一步增強包括NWDAF功能分解、數據收集效率提升、UE數據收集，定義了基于多實(shí)例分布式的智能網(wǎng)絡(luò )架構和能力。同時(shí)進(jìn)一步梳理了業(yè)務(wù)分布分析、WLAN性能、會(huì )話(huà)管理?yè)砣刂企w驗、DN性能等典型應用場(chǎng)景以及涉及的關(guān)鍵技術(shù)。

　　在R18階段，3GPP進(jìn)一步成立了eNA_phase3立項，重點(diǎn)研究數據收集性能提升、模型性能監控、跨廠(chǎng)商模型共享、聯(lián)邦學(xué)習、漫游數據共享、如何和定位系統協(xié)同以及如何和網(wǎng)管協(xié)同等。R19階段，由于跨廠(chǎng)商模型共享、聯(lián)邦學(xué)習比較復雜、涉及內容也較多，R18只定義基本框架，在R19還將進(jìn)一步研究。另外，由于核心網(wǎng)智能化在R18版本及之前沒(méi)有和RAN進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，在R19版本還將研究如何支持核心網(wǎng)和RAN聯(lián)合智能化。

　　5G與AI融合持續推進(jìn)

　　5G對于A(yíng)I算法的支持也有所討論。在R17版本中，主要針對AI模型的相關(guān)特征進(jìn)行了分析，尤其是AI模型的大小及運行方式。這部分內容在核心網(wǎng)需求組（SA1）的AI模型分析項目中開(kāi)展。項目對模型分割、模型下載、分發(fā)和共享，以及聯(lián)邦學(xué)習和分布式學(xué)習涉及的典型模型和運作方式進(jìn)行了非常詳細的說(shuō)明。R18版本持續在核心網(wǎng)架構組（SA2）中考慮模型傳輸方面的需求和解決方案?？傮w而言，相對于基于A(yíng)I的無(wú)線(xiàn)和核心網(wǎng)側設計，5G網(wǎng)絡(luò )對于A(yíng)I算法的支持目前僅停留在研究層面，并未進(jìn)行過(guò)多標準化支持。

　　5G與AI的融合是一個(gè)逐步探索與完善的過(guò)程。標準化是5G網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)的最關(guān)鍵一環(huán)，標準化的過(guò)程也是5G與AI融合持續研究與達成共識的過(guò)程，5G智能維的構建需要與標準化工作進(jìn)行緊密結合。5G與AI融合的標準化工作是系統工程，標準化內容與產(chǎn)業(yè)實(shí)現整體路線(xiàn)圖進(jìn)行有機結合，循序漸進(jìn)地實(shí)現。與5G網(wǎng)絡(luò )相關(guān)的標準化工作還將在3GPP持續進(jìn)行，基于A(yíng)I的5G網(wǎng)絡(luò )相關(guān)用例可以根據實(shí)現所需網(wǎng)元在3GPP的核心網(wǎng)側和無(wú)線(xiàn)側進(jìn)行不斷標準化，而5G網(wǎng)絡(luò )對于A(yíng)I技術(shù)和應用的支持增強需要根據AI各種應用的特點(diǎn)和需求進(jìn)行對應的增強。

　　5G與AI融合也為未來(lái)6G的AI原生性設計奠定基礎。3GPP的一個(gè)好傳統是，對于任何重要的新功能，研究都應該提前至少兩個(gè)版本進(jìn)行，以使整個(gè)行業(yè)對新技術(shù)有充分的了解。例如，大規模MIMO的研究已經(jīng)在4G Advanced開(kāi)始，支持大規模MIMO的產(chǎn)品在5G推出。無(wú)線(xiàn)AI是一種歷史水平的新技術(shù)，對無(wú)線(xiàn)系統來(lái)說(shuō)，長(cháng)時(shí)間的研究是必不可少的。5G已經(jīng)研究和標準化的用例也將在未來(lái)6G的AI原生性設計中得到支持。同時(shí)，沿著(zhù)5G已有的標準化過(guò)程，更多用例也將實(shí)現不斷的研究和標準化。

　　（作者：劉曉峰? 單位：中國信息通信研究院移動(dòng)通信創(chuàng )新中心）