原型驗證將使5G從概念變成現實(shí)

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

　　那么我們如何著(zhù)手解決這些復雜的挑戰?答案就在于原型，更具體地說(shuō)，是能夠使無(wú)線(xiàn)研究人員測試使用真實(shí)系統在實(shí)際場(chǎng)景中驗證其實(shí)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。

　　設定新的標準

　　目前有大量關(guān)于5G網(wǎng)路的說(shuō)法，3GPP等全球標準化機構最近開(kāi)始致力于將5G概念轉化為現實(shí)。IMT-2020、NGMN和3GPP描繪的愿景無(wú)疑是非常廣泛的。5G研究人員必須建立一個(gè)架構來(lái)重新定義現有各個(gè)領(lǐng)域的標準——無(wú)論是汽車(chē)和軌道交通系統還是制造、能源、醫療監測。

　　為此，研究人員正采用新的設計方法來(lái)協(xié)助解決在隨機接取網(wǎng)路中定義、開(kāi)發(fā)和部署5G技術(shù)所面臨的挑戰性任務(wù)。大多數人都認識到使用傳統方法來(lái)審查5G技術(shù)既耗時(shí)又耗錢(qián)。因此，在這個(gè)過(guò)程的初期建立一個(gè)原型和進(jìn)行概念驗證有助于加速商業(yè)化的進(jìn)度。美國國家科學(xué)基金會(huì )(National Science Foundation;NSF)專(zhuān)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的重要性，他表示：“一個(gè)靈活可變的原型對于某個(gè)概念的成功或失敗起著(zhù)越來(lái)越重要的作用?！?/p>

　　另辟新科研路徑

　　為了縮短構建工作原型所需的時(shí)間，許多研究者都采用了包含統一設計流程的平臺設計方法。 該方法從數學(xué)和模擬開(kāi)始，然后將系統和工作硬體中的演算法進(jìn)行映射匹配。

　　三星(Samsung)開(kāi)發(fā)了全球首批多天線(xiàn)技術(shù)展示系統之一，該系統的基地臺(BTS)包含了32支天線(xiàn)單元，稱(chēng)為“全尺寸多輸入多輸出”(FD-MIMO)。FD-MIMO使用一支2D天線(xiàn)網(wǎng)路形成一個(gè)3D通道空間。借助FD-MIMO，服務(wù)營(yíng)運商可以將天線(xiàn)網(wǎng)路放置在較高的位置，如建筑物或電線(xiàn)桿上，并將天線(xiàn)波束瞄準地面或鄰近建筑物的用戶(hù)，持續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(xiàn)概念提升到一個(gè)新的高度，開(kāi)發(fā)了一個(gè)大規模的MIMO原型。大規模MIMO將蜂巢式基地臺的天線(xiàn)數量增加到數百個(gè)。天線(xiàn)網(wǎng)路由低成本技術(shù)構成，直接將能量聚集在用戶(hù)處，同時(shí)使用數百支天線(xiàn)來(lái)更加靈敏地探測來(lái)自行動(dòng)設備的微弱訊號。另外，大規模MIMO(Massive MIMO)使用線(xiàn)性編碼技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)化基地臺的處理。

　　增加基地臺天線(xiàn)的數量可增強行動(dòng)使用者資料體驗，我們可以使用理論知識來(lái)證明大規模MIMO可顯著(zhù)減少基地臺和行動(dòng)設備消耗的功率。由于多個(gè)低成本基地臺天線(xiàn)發(fā)射的總功率比采用單一天線(xiàn)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。

　　根據香農(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(yíng)運商容納更多的用戶(hù)。因此，全球服務(wù)營(yíng)運商已經(jīng)為頻譜支付了數十億美元來(lái)為客戶(hù)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狀態(tài)，這意味著(zhù)世界各地的服務(wù)營(yíng)運商都可以使用這一頻譜。紐約大學(xué)無(wú)線(xiàn)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(lái)行動(dòng)網(wǎng)路演演路徑的可能性。其開(kāi)拓性的通道測量工作使得全球各地的研究人員開(kāi)始重新思考毫米波行動(dòng)網(wǎng)路不切實(shí)際或不可行的假設。

　　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(gè)可完全工作的毫米波原型，提供有史以來(lái)最快速的行動(dòng)接取速率。Nokia Networks的原型由一個(gè)基地臺和使用者設備組成，在73.5GHz的頻率下以超過(guò)10Gbps的速率傳送資料。Nokia Networks的成果為毫米波和5G描繪了一個(gè)前途光明的未來(lái)。

　　未來(lái)就在這里

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

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