原型驗(yàn)證將使5G從概念變成現(xiàn)實(shí)

　　5G研究人員不僅要解決前所未有的無(wú)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(shí)將網(wǎng)路容量提高一千倍。除此之外，服務(wù)營(yíng)運(yùn)商還要求以更少的能耗來(lái)實(shí)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(shuō)，是能夠使無(wú)線研究人員測(cè)試使用真實(shí)系統(tǒng)在實(shí)際場(chǎng)景中驗(yàn)證其實(shí)驗(yàn)性想法的5G原型。如果運(yùn)用得當(dāng)，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(biāo)準(zhǔn)

　　目前有大量關(guān)于5G網(wǎng)路的說(shuō)法，3GPP等全球標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)最近開(kāi)始致力于將5G概念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)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(gòu)來(lái)重新定義現(xiàn)有各個(gè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)——無(wú)論是汽車和軌道交通系統(tǒng)還是制造、能源、醫(yī)療監(jiān)測(cè)。

　　為此，研究人員正采用新的設(shè)計(jì)方法來(lái)協(xié)助解決在隨機(jī)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(zhàn)性任務(wù)。大多數(shù)人都認(rèn)識(shí)到使用傳統(tǒng)方法來(lái)審查5G技術(shù)既耗時(shí)又耗錢。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(yàn)證有助于加速商業(yè)化的進(jìn)度。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(National Science Foundation;NSF)專案主任Thyaga Nandagopal已經(jīng)注意到能夠?yàn)榭蒲刑峁┲г臏y(cè)試系統(tǒng)的重要性，他表示：“一個(gè)靈活可變的原型對(duì)于某個(gè)概念的成功或失敗起著越來(lái)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(shí)間，許多研究者都采用了包含統(tǒng)一設(shè)計(jì)流程的平臺(tái)設(shè)計(jì)方法。 該方法從數(shù)學(xué)和模擬開(kāi)始，然后將系統(tǒng)和工作硬體中的演算法進(jìn)行映射匹配。

　　三星(Samsung)開(kāi)發(fā)了全球首批多天線技術(shù)展示系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)的基地臺(tái)(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(gè)3D通道空間。借助FD-MIMO，服務(wù)營(yíng)運(yùn)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(zhǔn)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(gè)新的高度，開(kāi)發(fā)了一個(gè)大規(guī)模的MIMO原型。大規(guī)模MIMO將蜂巢式基地臺(tái)的天線數(shù)量增加到數(shù)百個(gè)。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(shí)使用數(shù)百支天線來(lái)更加靈敏地探測(cè)來(lái)自行動(dòng)設(shè)備的微弱訊號(hào)。另外，大規(guī)模MIMO(Massive MIMO)使用線性編碼技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)化基地臺(tái)的處理。

　　增加基地臺(tái)天線的數(shù)量可增強(qiáng)行動(dòng)使用者資料體驗(yàn)，我們可以使用理論知識(shí)來(lái)證明大規(guī)模MIMO可顯著減少基地臺(tái)和行動(dòng)設(shè)備消耗的功率。由于多個(gè)低成本基地臺(tái)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(tái)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(qiáng)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(yùn)商容納更多的用戶。因此，全球服務(wù)營(yíng)運(yùn)商已經(jīng)為頻譜支付了數(shù)十億美元來(lái)為客戶提供服務(wù)，但低于6GHz的當(dāng)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(yíng)運(yùn)商都可以使用這一頻譜。紐約大學(xué)無(wú)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(lái)行動(dòng)網(wǎng)路演演路徑的可能性。其開(kāi)拓性的通道測(cè)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(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(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(tái)和使用者設(shè)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(jì)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(yàn)證方法。傳統(tǒng)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(tái)的設(shè)計(jì)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)線研究中心和三星等機(jī)構(gòu)的研究人員已經(jīng)展示的那樣?，F(xiàn)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。