5G走向现实需快速的可扩展原型验证方法

　　下一代5G通信要从概念走到现实，研究人员不仅要解决前所未有的无线数据传输速率要求，还要找到网络延迟和响应性的解决方案，同时将网络容量提高一千倍。不只是这些，服务运营商还要求以更少的能耗来实现这些设想。

　　那么我们如何着手解决这些复杂的挑战？答案就在原型，更具体地说，是能够使无线研究人员测试使用真实系统在真实场景中验证其实验性想法的5G 原型。如果运用得当，这些5G 原型将为企业加快产品上市速度奠定基础。

　　传统方法验证5G已经走不通

　　目前有大量关于5G 网络的说法，3GPP 等全球标准化机构最近开始致力于将5G 概念转化为现实。

　　IMT-2020、NGMN 和3GPP 描绘的愿景无疑是非常广泛的。5G 研究人员必须建立一个框架来重新定义现有各个领域的标准 - 无论是汽车和轨道交通系统还是制造、能源、医疗监测。

　　为了做到这一点，研究人员正在采用新的设计方法来帮助解决在随机接入网络中定义、开发和部署5G 技术所面临的挑战性任务。大多数人都认识到使用传统方法来审查5G 技术既耗时又耗钱。

　　因此，在这个过程的初期建立一个原型和进行概念验证有助于加速商业化的进度。美国国家科学基金会项目主任Thyaga Nandagopal 已经注意到能够为科研提供支持的测试系统的重要性，他表示：“一个灵活可变的原型对于某个概念的成功或失败起着越来越重要的作用。”

　　毫米波5G通信已经提上议事日程

　　为了缩短构建工作原型所需的时间，许多研究者都采用了包含统一设计流程的平台设计方法。该方法从数学和仿真开始，然后将系统和工作硬件中的算法进行映射匹配。

　　波速成形后的天线，将能量集中到一个方向

　　三星公司开发了全球首批多天线技术演示系统之一，该系统的基站（BTS） 包含了32 个天线单元，称为全尺寸MIMO 或FD-MIMO。FD-MIMO 使用一个二维天线网来形成一个三维信道空间。借助FD-MIMO，服务运营商可以将天线网放置在较高的位置，如建筑物或电线杆上，并将天线波束瞄准地面或邻近建筑物的用户，持续地提供更高的数据传输速率。

　　瑞典隆德大学的研究人员将这一多天线概念提升到一个新的高度，开发了一个大规模MIMO 原型。

　　大规模MIMO 将蜂窝基站的天线数量增加到数百个。天线网由低成本技术构成，直接将能量聚集在用户处，同时使用数百个天线来更加灵敏地探测到来自移动设备的微弱信号。另外，大规模MIMO 使用线性编码技术来简化基站的处理。

　　增加基站天线的数量可增强移动用户数据体验，我们可以使用理论知识来证明大规模MIMO 可显着减少基站和移动设备消耗的功率。由于多个低成本基站天线发射的总功率比采用单个天线的方式更低，因此基站所消耗的功率可以降低10 倍甚至更多。

　　美国莱斯大学 Argos 大规模天线阵列原型机

　　根据香农关于信道容量的理论，数据速率的增强和容量的增加受到频谱的限制。更多的频谱可产生更高的数据速率，帮助服务运营商容纳更多的用户。因此，全球服务运营商已经为频谱支付了数十亿美元来为他们的客户提供服务，但低于6GHz 的当前可用频谱几乎已经被用尽。目前研究人员正在研究部署高于6 GHz 的蜂窝网络的可能性，特别是毫米波频段。

　　值得注意的是，毫米波频谱资源非常丰富，而且基本上处于无许可状态，这意味着世界各地的服务运营商都可以使用这一频谱。纽约大学无线研究中心的Ted Rappaport 教授一直在研究毫米波作为2000 年代中期以来移动网络演化路径的可能性。其开拓性的信道测量工作使得全球各地的研究人员开始重新思考毫米波移动网络不切实际或不可行的假设。

　　此外，诺基亚网络公司的研究人员也在研究毫米波技术，并取得了令人鼓舞的初步成果。在2015年，诺基亚网络公司展示了一个可完全工作的毫米波原型，提供有史以来最快速的移动接入速率。

　　诺基亚网络公司的原型由一个基站和用户设备组成，在73.5 GHz 的频率下以超过10 Gbps 的速率传送数据。诺基亚网络公司的成果为毫米波和5G 描绘了一个前途光明的未来。

　　5G需要更快速原型验证方法

　　5G 提供了很多令人振奋的新可能，通过更庞大、紧密的连接来最终提高我们的生活质量，并释放出巨大的经济价值。但是如果要切实获得这些好处，研究人员需要一个更快速的原型验证方法。

　　传统的方法通常过于昂贵且耗时甚久，而人们已经开始没有耐心了。基于平台的设计方法提供了更快速开发的可能性，正如隆德大学、诺基亚网络、纽约大学无线研究中心和三星等机构的研究人员已经展示的那样。现在是时候加入这一创新浪潮，看看它会把我们带入什么样的新天地。