Massive MIMO能實現(xiàn)5G愿景嗎？

　　5G的大規(guī)模部署預(yù)計將在2020年展開，在此之前，業(yè)界必須盡快克服諸多系統(tǒng)與技術(shù)挑戰(zhàn)，在頻譜利用與符合國際標(biāo)準(zhǔn)方面建立共識...

　　因此，在日前于美國德州奧斯汀舉行的NIWeek 2016上，5G仍是重要的討論議題，從一場場的專題演說、座談會、展覽現(xiàn)場到技術(shù)專題，幾乎都圍繞著與5G有關(guān)的頻譜效率與標(biāo)準(zhǔn)化——包括如何透過原型制作促進(jìn)5G研究，以及Massive MIMO等商用技術(shù)能否實現(xiàn)5G愿景等話題。

　　“5G并非單獨存在，它是實現(xiàn)連網(wǎng)世界的根本技術(shù)。”國家儀器(NI)產(chǎn)品行銷副總裁Mike Santori在一場名為“讓5G成為現(xiàn)實”(Making 5G A Reality)的座談會中強(qiáng)調(diào)，“5G的成功與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)密不可分。而實現(xiàn)下一代行動網(wǎng)路標(biāo)準(zhǔn)的必要過程包括了大規(guī)模的平臺擴(kuò)展、大規(guī)模機(jī)器類通訊，以及超高可靠型機(jī)器類通訊(M2M)。”

　　此外，5G并不只是為智慧裝置提供更快的資料速率。NI RF與通訊資深產(chǎn)品行銷經(jīng)理James Kimery在專題演說中表示，“事實上，定義5G的3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織已經(jīng)為5G勾勒出一些關(guān)鍵的性能指標(biāo)，包括可實現(xiàn)低至1ms的最低延遲、連接數(shù)百萬裝置以及推動物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的高容量、10Gbps以上的峰值資料速率以及實現(xiàn)VR/AR的串流速率。”

　　根據(jù)3GPP，5G由于具備高性能、低延遲與高容量，以及可為行動裝置驅(qū)動VR/AR應(yīng)用的處理能力，正成為下一代無線通訊技術(shù)首選

　　然而，要實現(xiàn)5G的未來并不容易。盡管5G行動通訊技術(shù)已在如火如荼地進(jìn)展中，但業(yè)界仍面臨著標(biāo)準(zhǔn)尚未到位、頻譜利用仍缺乏全球共識等諸多問題。此外，目前在5G研究還存在著原型制作的挑戰(zhàn)，NI全球業(yè)務(wù)與行銷執(zhí)行副總裁Eric Starkloff在受訪時指出，“以往的研究完全采用軟體進(jìn)行，無法進(jìn)行真實世界的驗證或準(zhǔn)確的演算法預(yù)測，特別是像大規(guī)模多重輸入多重輸出(Massive MIMO)、毫米波(mmW)等復(fù)雜的系統(tǒng)——而這些都是實現(xiàn)5G的重要基礎(chǔ)。”

　　為了克服5G帶來的系統(tǒng)與技術(shù)挑戰(zhàn)，Kimery指出，NI目前正攜手生態(tài)系統(tǒng)中的合作夥伴，“透過為研究打造原型以及驗證在真實世界環(huán)境的表現(xiàn)，加速證實研究的可行性。而這就是軟體定義無線電(SDR)得以發(fā)揮作用之處。”

　　針對SDR，NI旗下子公司Ettus Research創(chuàng)辦人兼總裁Matt Ettus談到了目前提議的5G頻譜技術(shù)——Massive MIMO。透過使用基于SDR的架構(gòu)打造Massive MIMO原型驗證平臺，將有助于無線通訊研究盡快掌握頻譜效率對于真實5G系統(tǒng)的影響。

　　例如，英國布里斯托大學(xué)(University of Bristol)與隆德大學(xué)(Lund University)在最近的一項合作研究采用NI MIMO Application Framework平臺，證實了Massive MIMO可實現(xiàn)5G愿景的能力。

　　Massive MIMO技術(shù)透過空間域的途徑，在基地臺采用大量天線并進(jìn)行同步處理，大幅提高了頻譜效益與能源效率

　　隆德大學(xué)教授Ove Edfors解釋，“Massive MIMO開啟了無線通訊的新方向——當(dāng)傳統(tǒng)系統(tǒng)使用時域或頻域為不同用戶之間實現(xiàn)資源共享時，Massive MIMO則導(dǎo)入了空間域(spatial domain)的途徑，其方式是在基地臺采用大量的天線以及為其進(jìn)行同步處理，如此則可同時在頻譜效益與能源效率方面取得幾十倍的增益。”他并強(qiáng)調(diào)，結(jié)合NI USRP與PXI系統(tǒng)所實現(xiàn)的分布式時脈同步化，對于Massive MIMO來說更是至關(guān)重要。

　　在布里斯托大學(xué)和隆德大學(xué)共同進(jìn)行的研究中，跨國的研究團(tuán)隊采用一款128組天線的測試平臺，在單個20MHz無線通道上同時為22名用戶提供即時的服務(wù)。這項研究的結(jié)果超越了先前的所有頻譜效率紀(jì)錄——達(dá)到145.6bits/s/Hz (LTE約可實現(xiàn)14-16 bits/s/Hz的頻譜效率)以及1.59Gbps的聚合資料速率。

　　研究人員在英國布里斯托大學(xué)的電波暗室中測試128支天線陣列

　　英國布里斯托大學(xué)工程學(xué)院院長Andrew Nix強(qiáng)調(diào)，“藉由在頻譜效率方面創(chuàng)下的紀(jì)錄——5G可提供較4G更高20倍的頻譜效率，以及在相同的頻譜下提供較LTE網(wǎng)路更高20倍的資料傳輸量，證明massive MIMO可作為5G的備選技術(shù)。”

　　接下來，研究人員將透過NI的的平臺展開更多展開Massive MIMO的真實世界測試。布里斯托大學(xué)將在該市內(nèi)部署Massive MIMO測試平臺并連接至光纖網(wǎng)路，期望藉進(jìn)行更多測試進(jìn)一步證實這項技術(shù)實現(xiàn)5G愿景的能力。