5G 的大规模部署预计将在 2020 年展开,在此之前,业界必须尽快克服诸多系统与技术挑战,在频谱利用与符合国际标准方面建立共识 ...

 

因此,在日前于美国德州奥斯汀举行的 NIWeek 2016 上,5G 仍是重要的讨论议题,从一场场的专题演说、座谈会、展览现场到技术专题,几乎都围绕着与 5G 有关的频谱效率与标准化——包括如何透过原型制作促进 5G 研究,以及 Massive MIMO 等商用技术能否实现 5G 愿景等话题。

 

“5G 并非单独存在,它是实现连网世界的根本技术。”国家仪器(NI)产品行销副总裁 Mike Santori 在一场名为“让 5G 成为现实”(Making 5G A Reality)的座谈会中强调,“5G 的成功与物联网(IoT)密不可分。而实现下一代行动网路标准的必要过程包括了大规模的平台扩展、大规模机器类通讯,以及超高可靠型机器类通讯(M2M)。”

 

此外,5G 并不只是为智慧装置提供更快的资料速率。NI RF 与通讯资深产品行销经理 James Kimery 在专题演说中表示,“事实上,定义 5G 的 3GPP 标准组织已经为 5G 勾勒出一些关键的性能指标,包括可实现低至 1ms 的最低延迟、连接数百万装置以及推动物联网(IoT)的高容量、10Gbps 以上的峰值资料速率以及实现 VR/AR 的串流速率。”

 

根据 3GPP,5G 由于具备高性能、低延迟与高容量,以及可为行动装置驱动 VR/AR 应用的处理能力,正成为下一代无线通讯技术首选

 

然而,要实现 5G 的未来并不容易。尽管 5G 行动通讯技术已在如火如荼地进展中,但业界仍面临着标准尚未到位、频谱利用仍缺乏全球共识等诸多问题。此外,目前在 5G 研究还存在着原型制作的挑战,NI 全球业务与行销执行副总裁 Eric Starkloff 在受访时指出,“以往的研究完全采用软体进行,无法进行真实世界的验证或准确的演算法预测,特别是像大规模多重输入多重输出(Massive MIMO)、毫米波(mmW)等复杂的系统——而这些都是实现 5G 的重要基础。”

 

为了克服 5G 带来的系统与技术挑战,Kimery 指出,NI 目前正携手生态系统中的合作夥伴,“透过为研究打造原型以及验证在真实世界环境的表现,加速证实研究的可行性。而这就是软体定义无线电(SDR)得以发挥作用之处。”

 

针对 SDR,NI 旗下子公司 Ettus Research 创办人兼总裁 Matt Ettus 谈到了目前提议的 5G 频谱技术——Massive MIMO。透过使用基于 SDR 的架构打造 Massive MIMO 原型验证平台,将有助于无线通讯研究尽快掌握频谱效率对于真实 5G 系统的影响。

 

例如,英国布里斯托大学(University of Bristol)与隆德大学(Lund University)在最近的一项合作研究采用 NI MIMO Application Framework 平台,证实了 Massive MIMO 可实现 5G 愿景的能力。

 

Massive MIMO 技术透过空间域的途径,在基地台采用大量天线并进行同步处理,大幅提高了频谱效益与能源效率

 

隆德大学教授 Ove Edfors 解释,“Massive MIMO 开启了无线通讯的新方向——当传统系统使用时域或频域为不同用户之间实现资源共享时,Massive MIMO 则导入了空间域(spatial domain)的途径,其方式是在基地台采用大量的天线以及为其进行同步处理,如此则可同时在频谱效益与能源效率方面取得几十倍的增益。”他并强调,结合 NI USRP 与 PXI 系统所实现的分布式时脉同步化,对于 Massive MIMO 来说更是至关重要。

 

在布里斯托大学和隆德大学共同进行的研究中,跨国的研究团队采用一款 128 组天线的测试平台,在单个 20MHz 无线通道上同时为 22 名用户提供即时的服务。这项研究的结果超越了先前的所有频谱效率纪录——达到 145.6bits/s/Hz (LTE 约可实现 14-16 bits/s/Hz 的频谱效率)以及 1.59Gbps 的聚合资料速率。

 

研究人员在英国布里斯托大学的电波暗室中测试 128 支天线阵列

 

英国布里斯托大学工程学院院长 Andrew Nix 强调,“藉由在频谱效率方面创下的纪录——5G 可提供较 4G 更高 20 倍的频谱效率,以及在相同的频谱下提供较 LTE 网路更高 20 倍的资料传输量,证明 massive MIMO 可作为 5G 的备选技术。”

 

接下来,研究人员将透过 NI 的的平台展开更多展开 Massive MIMO 的真实世界测试。布里斯托大学将在该市内部署 Massive MIMO 测试平台并连接至光纤网路,期望藉进行更多测试进一步证实这项技术实现 5G 愿景的能力。