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(wú)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(shí)將網(wǎng)絡(luò)容量提高一千倍。不只是這些，服務(wù)運(yùn)營(yíng)商還要求以更少的能耗來(lái)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(shuō)，是能夠使無(wú)線研究人員測(cè)試使用真實(shí)系統(tǒng)在真實(shí)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(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)框架來(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)。

　　為了做到這一點(diǎn)，研究人員正在采用新的設(shè)計(jì)方法來(lái)幫助解決在隨機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)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(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(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)項(xiàng)目主任Thyaga Nandagopal 已經(jīng)注意到能夠?yàn)榭蒲刑峁┲С值臏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。”

　　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(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)和仿真開(kāi)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(gè)方向

　　三星公司開(kāi)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(gè)天線單元，稱為全尺寸MIMO 或FD-MIMO。FD-MIMO 使用一個(gè)二維天線網(wǎng)來(lái)形成一個(gè)三維信道空間。借助FD-MIMO，服務(wù)運(yùn)營(yíng)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(gè)新的高度，開(kāi)發(fā)了一個(gè)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(gè)。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(shí)使用數(shù)百個(gè)天線來(lái)更加靈敏地探測(cè)到來(lái)自移動(dòng)設(shè)備的微弱信號(hào)。另外，大規(guī)模MIMO 使用線性編碼技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)化基站的處理。

　　增加基站天線的數(shù)量可增強(qiáng)移動(dòng)用戶數(shù)據(jù)體驗(yàn)，我們可以使用理論知識(shí)來(lái)證明大規(guī)模MIMO 可顯著減少基站和移動(dòng)設(shè)備消耗的功率。由于多個(gè)低成本基站天線發(fā)射的總功率比采用單個(gè)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(guó)萊斯大學(xué) Argos 大規(guī)模天線陣列原型機(jī)