下一代5G通信要從概念走到現(xiàn)實，研究人員不僅要解決前所未有的無線數(shù)據(jù)傳輸速率要求，還要找到網(wǎng)絡延遲和響應性的解決方案，同時將網(wǎng)絡容量提高一千倍。不只是這些，服務運營商還要求以更少的能耗來實現(xiàn)這些設想。
那么我們?nèi)绾沃纸鉀Q這些復雜的挑戰(zhàn)？答案就在原型，更具體地說，是能夠使無線研究人員測試使用真實系統(tǒng)在真實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)品上市速度奠定基礎。
傳統(tǒng)方法驗證5G已經(jīng)走不通
目前有大量關于5G 網(wǎng)絡的說法，3GPP 等全球標準化機構最近開始致力于將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框架來重新定義現(xiàn)有各個領域的標準 - 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。
為了做到這一點，研究人員正在采用新的設計方法來幫助解決在隨機接入網(wǎng)絡中定義、開發(fā)和部署5G 技術所面臨的挑戰(zhàn)性任務。大多數(shù)人都認識到使用傳統(tǒng)方法來審查5G 技術既耗時又耗錢。
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。美國國家科學基金會項目主任Thyaga Nandagopal 已經(jīng)注意到能夠為科研提供支持的測試系統(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。”
毫米波5G通信已經(jīng)提上議事日程
為了縮短構建工作原型所需的時間，許多研究者都采用了包含統(tǒng)一設計流程的平臺設計方法。該方法從數(shù)學和仿真開始，然后將系統(tǒng)和工作硬件中的算法進行映射匹配。
波速成形后的天線，將能量集中到一個方向
三星公司開發(fā)了全球首批多天線技術演示系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)的基站（BTS） 包含了32 個天線單元，稱為全尺寸MIMO 或FD-MIMO。FD-MIMO 使用一個二維天線網(wǎng)來形成一個三維信道空間。借助FD-MIMO，服務運營商可以將天線網(wǎng)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)地提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。
瑞典隆德大學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MIMO 原型。
大規(guī)模MIMO 將蜂窩基站的天線數(shù)量增加到數(shù)百個。天線網(wǎng)由低成本技術構成，直接將能量聚集在用戶處，同時使用數(shù)百個天線來更加靈敏地探測到來自移動設備的微弱信號。另外，大規(guī)模MIMO 使用線性編碼技術來簡化基站的處理。
增加基站天線的數(shù)量可增強移動用戶數(shù)據(jù)體驗，我們可以使用理論知識來證明大規(guī)模MIMO 可顯著減少基站和移動設備消耗的功率。由于多個低成本基站天線發(fā)射的總功率比采用單個天線的方式更低，因此基站所消耗的功率可以降低10 倍甚至更多。
美國萊斯大學 Argos 大規(guī)模天線陣列原型機
下載文檔
