相信不少人已經(jīng)感受到，如今，5G已經(jīng)越來越不再僅止步于一種網(wǎng)絡(luò)概念，而是成為不少電信運營商和設(shè)備廠商正在部署和進行試驗的對象。
不少電信運營商已將2020年作為其商用5G服務(wù)的預(yù)期時間點，心急如Verizon甚至宣布計劃2017年就要開始5G試商用。同時，來自市場研究公司Ovum的預(yù)測數(shù)據(jù)顯示，到2020年5G將占據(jù)整體移動市場收入的6%，到2021年占比將增至11%。
然而，實際上，目前5G的定義和技術(shù)點尚未正式確定，其中，可能性比較大的5G待選技術(shù)包括毫米波大規(guī)模MIMO和UDN（超密集組網(wǎng)）等。但是，關(guān)于5G最重要的三個應(yīng)用方向——沉浸式體驗（增長型移動寬帶）、萬物互聯(lián)（大規(guī)模機器互聯(lián)通信）和即時行動（超可靠機器互聯(lián)通信），則已經(jīng)得到了業(yè)界的普遍贊同。
“雖然5G的技術(shù)點還沒有定義，但是關(guān)于未來的愿景卻已經(jīng)提了很多。其中就包括著高速數(shù)據(jù)互聯(lián)，此前給出的目標是10 Gbps，現(xiàn)在通過毫米波已經(jīng)可以實現(xiàn)。”NI(美國國家儀器公司，National Instruments)中國射頻與無線通信市場開發(fā)經(jīng)理姚遠在近日的PXITAC 2016上接受C114中國通信網(wǎng)采訪時向我們表示。增強型移動寬帶(eMBB)由IMT2020定義，提出了超過10Gbps的峰值數(shù)據(jù)速率目標。但是，在現(xiàn)有的蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)中所應(yīng)用的傳統(tǒng)低頻段頻譜已經(jīng)接近擴容極限。因此，更高的波段如毫米波，已經(jīng)成為了非常具有前景的eMBB實現(xiàn)方案。
頻譜碎片化短期內(nèi)仍將存在
盡管ITU在去年11月的世界無線電通信大會(WRC 15)上公布了一些毫米波可行頻段，但是全球各大運營商進行5G試驗的頻段仍然呈現(xiàn)出碎片化的狀態(tài)。例如，美國Verizon一直在28GHz上進行毫米波試驗，而日本NTTDoCoMo和德國電信則選擇了在73GHz上進行試驗，而在近日召開的第一屆全球5G大會上，我國IMT-2020（5G）推進組則確定將6GHz以下的3.3-3.6GHz頻段定為在中國進行5G試驗的頻段。
圖：擬定用于移動應(yīng)用的FCC頻段
在姚遠看來，頻譜資源的使用受限于很多因素，包括政策和價格等等。從目前的產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，NI認為有三個頻段最有可能成為5G服務(wù)使用的頻段：28GHz、39GHz和73GHz。“雖然目前來看(毫米波頻譜使用)是碎片化的，當(dāng)然從廠商的角度來講是要做好準備的，但是從長遠來看，未來肯定會有一些業(yè)界比較公認的頻段，就像LTE頻段一樣。”
就在上個月，NI宣布推出全球第一款用于毫米波(mmWave)的軟件無線電(SDR)。這一全新的NI毫米波信號收發(fā)系統(tǒng)功能完備，能夠以高達2GHz的實時帶寬發(fā)射和接收信號，覆蓋71-76GHz的E-band頻譜。那么，面對如此多的毫米波待選頻段，NI為何選擇了E-band頻譜呢？
選擇E-band但并非完全押注
談到E-band頻譜的特性時，姚遠表示，71-76GHz頻段的優(yōu)勢在于，該頻段氧衰相對比較少，大約為0.35dB/km，跟現(xiàn)在通常使用的6GHz以下頻段0.1dB/km在氧衰特性方面比較相似。另外，E-band提供比較大的空口資源，包括ITU和美國FCC已經(jīng)定義了一些71-76GHz的頻譜劃分，帶寬劃得很大（如73GHz可用的連續(xù)帶寬大于2GHz），這樣大的空口數(shù)據(jù)帶寬對于很多應(yīng)用都是很有幫助的，比如基站的回傳。另外E-band頻段本身干擾也比較小，電磁環(huán)境較好，它在系統(tǒng)的實現(xiàn)上面的復(fù)雜度會相對小一點。同時，E-band頻譜頻譜價格比較低。
“選擇E-band作為NI第一個毫米波頻率范圍，是有多方面考量的。一方面是看好E-band的前景，它的使用可能性比較高，被用戶接受的程度會高一點。NI與多家大型設(shè)備廠商進行合作，我們聽取了很多他們的意見。例如，NI與諾基亞在5G方面是一個很很長期的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，選擇71-76GHz頻率與諾基亞當(dāng)時選擇73.5GHz作為5G通信原型系統(tǒng)也是有關(guān)系的。”
但是，這樣并不意味著NI完全押寶在E-band上了。
圖：NI的毫米波原型設(shè)計平臺
因為NI的毫米波SDR是一個模塊化的平臺。其優(yōu)勢在于，NI毫米波信號收發(fā)系統(tǒng)包含了全新的PXI Express模塊，該模塊包括全新的 FPGA用戶可自定制板卡，超寬帶AD/DA板卡，中頻變頻及LO板卡等。該系統(tǒng)基帶軟件部分則提供了一個完整的毫米波物理層，包括基于LabVIEW源代碼的信道編碼，可加快系統(tǒng)開發(fā)速度，同時簡化許多系統(tǒng)集成任務(wù)。研究人員還可結(jié)合E-band毫米波前端或其他第三方RF前端配合使用該基帶部分，以獲得最大靈活性來探索其他毫米波和微波頻段。也就是說，基帶是一樣的，毫米波是可以選的，對于一個公司和企業(yè)來講，他們要保證最大的投資回報比或者說固定資產(chǎn)的保值，模塊化系統(tǒng)是一個比較容易實現(xiàn)的方式。
姚遠向我們舉例說，紐約大學(xué)工程學(xué)院的Ted Rappaport博士利用一套NI的PXI基帶配上不同的射頻頭，做了三個不同頻段的信道測量，包括28GHz、39GHz和73GHz。“使用這樣一個模塊化的軟件定義方案，可以給5G科研工作者帶來很大的益處。除了資產(chǎn)的保值之外，還以省去很多軟件編寫的工作。”他補充說。
通往5G之路挑戰(zhàn)與希望同在
在采訪中，姚遠一直向我們強調(diào)建立毫米波原型的重要性。“在一個標準沒有被完全確立的時候，我們有很多的想法和技術(shù)可能性，這些技術(shù)可能性不應(yīng)該僅僅只是仿真，它應(yīng)該是一個實際的系統(tǒng)，也就是說我們可以在物理世界里面實現(xiàn)通信的原型。通過這個原型，我們可以看到這個系統(tǒng)距離真正的可商業(yè)化系統(tǒng)還有怎樣的差距，以及具有怎樣的優(yōu)勢，這些都需要通過真正的通信原型去論證。”
另外他表示，因為5G具有一些跨越式的發(fā)展，在這些領(lǐng)域里面需要有儀器來幫助我們做很多測量的工作，這個測量并不是針對5G標準的測量，而是需要進行信道測量、了解信道的模型等等，這些都是需要儀器和儀表來完成的。在這一點上，包括NI在內(nèi)的主流測試廠商都是比較看重的。“NI在原型化方面是領(lǐng)先的，原因在于我們平臺的延展性，以及通過軟件定義這樣的可能性。因為這些都是探索未知事物所需要的工具，靈活性在這些在探索未確立的標準時是最為關(guān)鍵的。”
通過NI毫米波SDR這樣具有超強靈活性的模塊化測試平臺，可以加速從新原型到系統(tǒng)和產(chǎn)品的過渡，而這對5G技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。以諾基亞為例，該公司正基于LabVIEW和PXI的解決方案應(yīng)用于5G現(xiàn)場測試，這些努力預(yù)計將會誕生全球第一個現(xiàn)場部署的5G基站。實際上，早在2014年，諾基亞通過NI原型硬件演示了第一個在73GHz下的工作的demo，到了今年年初的MWC 2016上，諾基亞則通過NI毫米波測試平臺演示了超過14Gbps的雙向無線鏈路。
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