原型驗證將使5G從概念變成現(xiàn)實

　　5G研究人員不僅要解決前所未有的無線資料傳輸速率要求，還要找到網(wǎng)路延遲和回應(yīng)性的解決方案，同時將網(wǎng)路容量提高一千倍。除此之外，服務(wù)營運商還要求以更少的能耗來實現(xiàn)這些想法。

　　那么我們?nèi)绾沃纸鉀Q這些復(fù)雜的挑戰(zhàn)?答案就在于原型，更具體地說，是能夠使無線研究人員測試使用真實系統(tǒng)在實際場景中驗證其實驗性想法的5G原型。如果運用得當，這些5G原型將為企業(yè)加快產(chǎn)品上市的速度奠定基礎(chǔ)。

　　設(shè)定新的標準

　　目前有大量關(guān)于5G網(wǎng)路的說法，3GPP等全球標準化機構(gòu)最近開始致力于將5G概念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實。IMT-2020、NGMN和3GPP描繪的愿景無疑是非常廣泛的。5G研究人員必須建立一個架構(gòu)來重新定義現(xiàn)有各個領(lǐng)域的標準——無論是汽車和軌道交通系統(tǒng)還是制造、能源、醫(yī)療監(jiān)測。

　　為此，研究人員正采用新的設(shè)計方法來協(xié)助解決在隨機接取網(wǎng)路中定義、開發(fā)和部署5G技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)性任務(wù)。大多數(shù)人都認識到使用傳統(tǒng)方法來審查5G技術(shù)既耗時又耗錢。因此，在這個過程的初期建立一個原型和進行概念驗證有助于加速商業(yè)化的進度。美國國家科學(xué)基金會(National Science Foundation;NSF)專案主任Thyaga Nandagopal已經(jīng)注意到能夠為科研提供支援的測試系統(tǒng)的重要性，他表示：“一個靈活可變的原型對于某個概念的成功或失敗起著越來越重要的作用?！?/p>

　　另辟新科研路徑

　　為了縮短構(gòu)建工作原型所需的時間，許多研究者都采用了包含統(tǒng)一設(shè)計流程的平臺設(shè)計方法。 該方法從數(shù)學(xué)和模擬開始，然后將系統(tǒng)和工作硬體中的演算法進行映射匹配。

　　三星(Samsung)開發(fā)了全球首批多天線技術(shù)展示系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)的基地臺(BTS)包含了32支天線單元，稱為“全尺寸多輸入多輸出”(FD-MIMO)。FD-MIMO使用一支2D天線網(wǎng)路形成一個3D通道空間。借助FD-MIMO，服務(wù)營運商可以將天線網(wǎng)路放置在較高的位置，如建筑物或電線桿上，并將天線波束瞄準地面或鄰近建筑物的用戶，持續(xù)地提供更高的資料傳輸速率。

　　瑞典隆德大學(xué)(Lund University)的研究人員將這一多天線概念提升到一個新的高度，開發(fā)了一個大規(guī)模的MIMO原型。大規(guī)模MIMO將蜂巢式基地臺的天線數(shù)量增加到數(shù)百個。天線網(wǎng)路由低成本技術(shù)構(gòu)成，直接將能量聚集在用戶處，同時使用數(shù)百支天線來更加靈敏地探測來自行動設(shè)備的微弱訊號。另外，大規(guī)模MIMO(Massive MIMO)使用線性編碼技術(shù)來簡化基地臺的處理。

　　增加基地臺天線的數(shù)量可增強行動使用者資料體驗，我們可以使用理論知識來證明大規(guī)模MIMO可顯著減少基地臺和行動設(shè)備消耗的功率。由于多個低成本基地臺天線發(fā)射的總功率比采用單一天線的方式更低，因此基地臺所消耗的功率可以降低10倍甚至更多。

　　根據(jù)香農(nóng)(Shannon)關(guān)于通道容量的理論，資料速率的增強和容量的增加受到頻譜的限制。 更多的頻譜可產(chǎn)生更高的資料速率，協(xié)助服務(wù)營運商容納更多的用戶。因此，全球服務(wù)營運商已經(jīng)為頻譜支付了數(shù)十億美元來為客戶提供服務(wù)，但低于6GHz的當前可用頻譜幾乎已經(jīng)被用盡。目前研究人員正在研究部署高于6GHz的蜂巢式網(wǎng)路的可能性，特別是毫米波頻段。

　　值得注意的是，毫米波頻譜資源非常豐富，而且基本上處于免授權(quán)狀態(tài)，這意味著世界各地的服務(wù)營運商都可以使用這一頻譜。紐約大學(xué)無線研究中心(NYU Wireless)的Ted Rappaport教授一直在研究毫米波(mmWave)作為2000年代中期以來行動網(wǎng)路演演路徑的可能性。其開拓性的通道測量工作使得全球各地的研究人員開始重新思考毫米波行動網(wǎng)路不切實際或不可行的假設(shè)。

　　此外，諾基亞網(wǎng)路(Nokia Networks)的研究人員也在研究毫米波技術(shù)，并取得了令人振奮的初步成果。在2015年，Nokia Networks展示了一個可完全工作的毫米波原型，提供有史以來最快速的行動接取速率。Nokia Networks的原型由一個基地臺和使用者設(shè)備組成，在73.5GHz的頻率下以超過10Gbps的速率傳送資料。Nokia Networks的成果為毫米波和5G描繪了一個前途光明的未來。

　　未來就在這里

　　5G提供了很多令人振奮的新可能，透過更龐大、緊密的連接來最終提高我們的生活品質(zhì)，并釋放出巨大的經(jīng)濟價值。但是如果要切實獲得這些好處，研究人員需要一個更快速的原型驗證方法。傳統(tǒng)的方法通常過于昂貴且耗時甚久，而人們已經(jīng)開始沒有耐心了。

　　基于平臺的設(shè)計方法提供了更快速開發(fā)的可能性，正如隆德大學(xué)、Nokia Networks、紐約大學(xué)無線研究中心和三星等機構(gòu)的研究人員已經(jīng)展示的那樣。現(xiàn)在是時候加入這一創(chuàng)新浪潮，看看它會把我們帶入什么樣的新天地。