是時候為5G“競賽”設定一個新標準了

作者：MVG應用技術總監(jiān)Nicolas Gross

 天線設計和測量是挑戰(zhàn)的核心

　　在這個移動設備數(shù)量比人類數(shù)量還要多的世界里，人們很容易忘記：15年前我們的生活中還沒有智能手機。從1G到4G，每一代移動網(wǎng)絡都為我們帶來了更快的通信速度和更多新的應用，廣泛影響了人們的個人和職業(yè)生活。如今，整個行業(yè)都為有望在2017到2020年到來的5G而躁動。5G引領的新一代網(wǎng)絡速度高達10 Gbit/s，超低延遲約1毫秒(比4G快50倍)，給我們的工作和生活帶來了無限可能， 智慧城市、無人駕駛、關鍵醫(yī)療、“物的聯(lián)網(wǎng)”革命都指日可待。

　　毋庸置疑，正在全球上演的科技競賽有如奧林匹克競賽一樣激烈，大家都希望在各自的領域奪冠，成為全球的標桿。通信行業(yè)未來發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)是多方面的，主要圍繞無線射頻頻譜、天線的設計與測量。

　　5G“競賽”之挑戰(zhàn)

　　5G將激起一場激烈的無線電頻譜的協(xié)調(diào)之戰(zhàn)

　　首先，數(shù)據(jù)是通過無線電波傳送的。無線電波擁有不同頻率的波段，每個波段對應不同的通訊方式：航空和航海導航信號，電視廣播，移動數(shù)據(jù)，軍事應用等。隨著新協(xié)議的開發(fā)，他們可利用的剩余射頻(RF)是有限的。無論是尋找新的通信空間，還是與現(xiàn)有應用空間的協(xié)調(diào)，都需要復雜的溝通和協(xié)調(diào)。

　　其次，諸如無人駕駛運輸或遠程手術等新的應用，不允許出現(xiàn)數(shù)據(jù)連接中斷的突發(fā)狀況。只有當傳輸容量沒有限制的情況下，5G才能提供不間斷的用戶體驗。目前，有幾個網(wǎng)絡已經(jīng)能夠提供終端用戶的無線設備連接：蜂窩技術、Wi-Fi、毫米波、M 2 M(設備對設備)。5G會通過整合不同協(xié)議的協(xié)調(diào)和分散的頻段，從而為終端用戶理想的無縫連接。

　　5G旨在適應數(shù)據(jù)吞吐量的增加，許多技術正處于評估階段。而且，類似協(xié)議的協(xié)調(diào)，5G網(wǎng)絡將不會基于一種單一的技術，而是多種技術的結合。這些技術即使現(xiàn)在不能在一起運用，將來也必然通過最佳的方式共同工作，這樣才能支持即將到來的、激動人心的一系列應用。

　　毫米波技術和大規(guī)模MIMO就是這樣的兩種技術。毫米波使高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸成為可能，但是只能用于短距離、點對點和視角線的連接，“大規(guī)模MIMO”(多接收多發(fā)射)則是理想的有效替代。大規(guī)模MIMO是指一種基站采用多個天線，形成指向每個設備的區(qū)域性波束，這樣可以顯著提高容量和流量的密度。這種大規(guī)模MIMO基本的物理學原理已經(jīng)被證實，并且實驗系統(tǒng)正在配置中。

　　測量行業(yè)經(jīng)受的考驗

　　5G對于接收電波的技術組合要求，恰是天線測量行業(yè)面臨的考驗。行業(yè)創(chuàng)新必須緊跟市場需求，提供靈活的解決方案，測量多種亟待評估的新設備。在測試每一項新的應用技術之際，也要對各種技術、網(wǎng)絡元素和協(xié)議的組合等進行測試，以確保正確的互操作性。

　　在眾多正在發(fā)展的技術中，毫米波和大規(guī)模MIMO技術都帶來了挑戰(zhàn)。對于那些想要從高速、大容量毫米波譜中獲益的人來說，非常需要整個系統(tǒng)能夠提供毫米波頻段的測量。目前，只有一小部分系統(tǒng)可以提供。由于大多數(shù)可用射頻頻譜的帶寬是在更高的頻段(高達100兆赫)，挑戰(zhàn)的關鍵也在于設計合適的天線，一旦攻克這兩方面的挑戰(zhàn)，他們在5G的“競賽”中將獲得可觀的進展。

　　MIMO系統(tǒng)的工作原理是基于響應射頻信道特性的基帶算法。由于基帶被發(fā)射器和接收器共同分享，而發(fā)射器和接收器很可能來自不同的供應商(基礎設施供應商和設備供應商)，那么該算法所需參數(shù)的全部詳細列表必須在技術標準文件中指定。對于大規(guī)模MIMO，這可能是一個非常復雜和詳細的規(guī)范，從而確保全面的互通性。

　　另一個與此領域相關的挑戰(zhàn)是“無連接器裝置”，大規(guī)模MIMO的大型天線數(shù)組需要設計緊湊，因此成本和高效部署成為關鍵。這意味著不太可能有射頻連接器或者連接測試設備的測試端口的空間。毫米波天線的小型化已經(jīng)導致了這一困境。預計邏輯上下一步就是“空中接口”(OTA)測試。

　　總體而言，射頻設備測試的未來充滿挑戰(zhàn)，會要求非常精密的儀器和靈活的測試解決方案，以解決毫米波收發(fā)器和(或)為大規(guī)模MIMO提供更好的智能信息。更復雜的，甚至可以調(diào)節(jié)到各種頻段的暗室也會有更多需求。除此之外，使用衰落模擬器的多徑衰落信道，以及這種設備所需的技術要求和能力，將變得更加重要。

　　最后，我們必須要面對時間壓力。這個復雜的測試需要在最短的時間內(nèi)完成，因為這是一場比賽。

　　5G發(fā)展的奧林匹克競賽

　　世界體育競賽是先進技術實際部署和大規(guī)模試驗的主要驅動力。

　　2018年，韓國冬季奧運會和莫斯科世界杯都將成為5G試驗應用的絕佳機會。

　　2020年，日本夏季奧運會，將成為5G現(xiàn)場演示的起點，也將成為商業(yè)應用的基礎。

　　目前，究竟哪個國家、哪個公司或者哪個企業(yè)聯(lián)盟會在這場 5G 競賽中獲勝，還難以明確，不過可以確定的是，贏家不僅僅依靠創(chuàng)新的速度，還要在隨之而來的設備測試能力上勝出。整個行業(yè)都面臨著復雜而艱難的挑戰(zhàn)，我深信：第一個通過測試的商家將會引領市場的發(fā)展，并且為后來者設定行業(yè)標準。