Massive MIMO能實(shí)現5G愿景嗎？

　　5G的大規模部署預計將在2020年展開(kāi)，在此之前，業(yè)界必須盡快克服諸多系統與技術(shù)挑戰，在頻譜利用與符合國際標準方面建立共識...

　　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(chǎng)場(chǎng)的專(zhuān)題演說(shuō)、座談會(huì )、展覽現場(chǎng)到技術(shù)專(zhuān)題，幾乎都圍繞著(zhù)與5G有關(guān)的頻譜效率與標準化——包括如何透過(guò)原型制作促進(jìn)5G研究，以及Massive MIMO等商用技術(shù)能否實(shí)現5G愿景等話(huà)題。

　　“5G并非單獨存在，它是實(shí)現連網(wǎng)世界的根本技術(shù)。”國家儀器(NI)產(chǎn)品行銷(xiāo)副總裁Mike Santori在一場(chǎng)名為“讓5G成為現實(shí)”(Making 5G A Reality)的座談會(huì )中強調，“5G的成功與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)密不可分。而實(shí)現下一代行動(dòng)網(wǎng)路標準的必要過(guò)程包括了大規模的平臺擴展、大規模機器類(lèi)通訊，以及超高可靠型機器類(lèi)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(xiāo)經(jīng)理James Kimery在專(zhuān)題演說(shuō)中表示，“事實(shí)上，定義5G的3GPP標準組織已經(jīng)為5G勾勒出一些關(guān)鍵的性能指標，包括可實(shí)現低至1ms的最低延遲、連接數百萬(wàn)裝置以及推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的高容量、10Gbps以上的峰值資料速率以及實(shí)現VR/AR的串流速率。”

　　根據3GPP，5G由于具備高性能、低延遲與高容量，以及可為行動(dòng)裝置驅動(dòng)VR/AR應用的處理能力，正成為下一代無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)首選

　　然而，要實(shí)現5G的未來(lái)并不容易。盡管5G行動(dòng)通訊技術(shù)已在如火如荼地進(jìn)展中，但業(yè)界仍面臨著(zhù)標準尚未到位、頻譜利用仍缺乏全球共識等諸多問(wèn)題。此外，目前在5G研究還存在著(zhù)原型制作的挑戰，NI全球業(yè)務(wù)與行銷(xiāo)執行副總裁Eric Starkloff在受訪(fǎng)時(shí)指出，“以往的研究完全采用軟體進(jìn)行，無(wú)法進(jìn)行真實(shí)世界的驗證或準確的演算法預測，特別是像大規模多重輸入多重輸出(Massive MIMO)、毫米波(mmW)等復雜的系統——而這些都是實(shí)現5G的重要基礎。”

　　為了克服5G帶來(lái)的系統與技術(shù)挑戰，Kimery指出，NI目前正攜手生態(tài)系統中的合作夥伴，“透過(guò)為研究打造原型以及驗證在真實(shí)世界環(huán)境的表現，加速證實(shí)研究的可行性。而這就是軟體定義無(wú)線(xiàn)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(guò)使用基于SDR的架構打造Massive MIMO原型驗證平臺，將有助于無(wú)線(xiàn)通訊研究盡快掌握頻譜效率對于真實(shí)5G系統的影響。

　　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(shí)了Massive MIMO可實(shí)現5G愿景的能力。

　　Massive MIMO技術(shù)透過(guò)空間域的途徑，在基地臺采用大量天線(xiàn)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?zhuān)?ldquo;Massive MIMO開(kāi)啟了無(wú)線(xiàn)通訊的新方向——當傳統系統使用時(shí)域或頻域為不同用戶(hù)之間實(shí)現資源共享時(shí)，Massive MIMO則導入了空間域(spatial domain)的途徑，其方式是在基地臺采用大量的天線(xiàn)以及為其進(jìn)行同步處理，如此則可同時(shí)在頻譜效益與能源效率方面取得幾十倍的增益。”他并強調，結合NI USRP與PXI系統所實(shí)現的分布式時(shí)脈同步化，對于Massive MIMO來(lái)說(shuō)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，跨國的研究團隊采用一款128組天線(xiàn)的測試平臺，在單個(gè)20MHz無(wú)線(xiàn)通道上同時(shí)為22名用戶(hù)提供即時(shí)的服務(wù)。這項研究的結果超越了先前的所有頻譜效率紀錄——達到145.6bits/s/Hz (LTE約可實(shí)現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(xiàn)陣列

　　英國布里斯托大學(xué)工程學(xué)院院長(cháng)Andrew Nix強調，“藉由在頻譜效率方面創(chuàng )下的紀錄——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(lái)，研究人員將透過(guò)NI的的平臺展開(kāi)更多展開(kāi)Massive MIMO的真實(shí)世界測試。布里斯托大學(xué)將在該市內部署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(shí)這項技術(shù)實(shí)現5G愿景的能力。