勁爆！5G走向現(xiàn)實(shí)需快速的可擴(kuò)展原型驗(yàn)證方法

　　下一代5G通信要從概念走到現(xiàn)實(shí)，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(luò)延遲和響應(yīng)性的解決方案，同時將網(wǎng)絡(luò)容量提高一千倍。不只是這些，服務(wù)運(yùn)營商還要求以更少的能耗來實(shí)現(xiàn)這些設(shè)想。

　　那么我們?nèi)绾沃纸鉀Q這些復(fù)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(shí)系統(tǒng)在真實(shí)場景中驗(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)品上市速度奠定基礎(chǔ)。

　　傳統(tǒng)方法驗(yàn)證5G已經(jīng)走不通

　　目前有大量關(guān)于5G 網(wǎng)絡(luò)的說法，3GPP 等全球標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)最近開始致力于將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(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn) - 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(diǎn)，研究人員正在采用新的設(shè)計(jì)方法來幫助解決在隨機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)中定義、開發(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)識到使用傳統(tǒng)方法來審查5G 技術(shù)既耗時又耗錢。

　　因此，在這個過程的初期建立一個原型和進(jìn)行概念驗(yàn)證有助于加速商業(yè)化的進(jìn)度。美國國家科學(xué)基金會項(xiàng)目主任Thyaga Nandagopal 已經(jīng)注意到能夠?yàn)榭蒲刑峁┲С值臏y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(gòu)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(shè)計(jì)流程的平臺設(shè)計(jì)方法。該方法從數(shù)學(xué)和仿真開始，然后將系統(tǒng)和工作硬件中的算法進(jìn)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(shù)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(wù)運(yùn)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(zhǔn)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(xué)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(shù)構(gòu)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(shè)備的微弱信號。另外，大規(guī)模MIMO 使用線性編碼技術(shù)來簡化基站的處理。

　　增加基站天線的數(shù)量可增強(qiáng)移動用戶數(shù)據(jù)體驗(yàn)，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(shè)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(xué) Argos 大規(guī)模天線陣列原型機(jī)