大規(guī)模天線陣列：推動更大規(guī)模驗證

大規(guī)模天線陣列與全雙工作為提升頻譜效率的兩大關鍵技術，在5G研究中已經(jīng)得到了多方面的驗證。大規(guī)模天線陣列對滿足5G系統(tǒng)容量與速率需求的支撐作用已經(jīng)在測試中得到驗證。其中，Massive MIMO技術能夠同時提高網(wǎng)絡的容量和覆蓋范圍，它結合了單用戶MIMO和波束追蹤技術，而多用戶MIMO技術則通過相同的時間和頻率資源，加強用戶體驗，并減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)母蓴_。

在這方面，目前在華為、愛立信、中興的原型機系統(tǒng)中已經(jīng)可以實現(xiàn)多用戶MIMO、大規(guī)模MIMO等功能與插件，在5G測試中取得了重要突破，為下一階段更多場景驗證的開展打下堅實基礎。

在第一階段測試中，華為攜手中國移動聯(lián)合開展大規(guī)模天線陣列與全雙工兩大關鍵技術的研究。華為與中國移動在位于成都的5G外場率先完成5G關鍵技術驗證中，大規(guī)模天線技術MU-MIMO（多用戶多入多出），支持同時接入24個UE終端，在相同的時頻資源同時支持24流的復用。測試結果表明，和SU-MIMO（單用戶多入多出）相比，采用MU-MIMO技術小區(qū)吞吐率可以提升10倍以上，在100MHz帶寬下，平均吞吐量達到3.6Gbps。

而在Massive MIMO領域，華為與中國移動更通過5G技術4G化，將Massive MIMO技術提前應用于4G商用網(wǎng)絡，進一步挖掘4G網(wǎng)絡潛力，提升用戶體驗。利用20MHz帶寬及華為Mate7手機終端，實現(xiàn)了超過650Mbps的吞吐率，相比LTE提升了6倍的頻譜效率。

而愛立信在前不久展出的5G無線原型機上，實現(xiàn)了在相同的時間和頻率資源下，采用多用戶MIMO、大規(guī)模MIMO以及大量天線（陣列）的波束賦形技術來同時提供吞吐量和能效，峰值吞吐量可超過25Gbps。

針對第二階段測試主要的車聯(lián)網(wǎng)場景，近日愛立信在位于瑞典斯德哥爾摩的公司總部應用其5G無線原型，采用稱為NR（新無線）的全新5G無線接口與大規(guī)模MIMO技術，展示了支持移動連接的能力。測試中5G無線原型測試車圍繞公司總部行進，車中的5G終端能夠保持7Gbps以上的移動網(wǎng)絡連接速率。

中興通訊則在Pre5G解決方案中將Massive MIMO、UDN和MUSA技術均引入在內，。作為較早與中國移動進行商用測試的合作伙伴之一，中興通訊的64端口128天線Massive MIMO基帶射頻一體化室外型基站在2014年就開展了Pre5G Massive MIMO基站預商用測試。此后，中興通訊與中國移動研究院、廣東移動又在2016年之前就進行了針對高樓覆蓋等場景的3D-MIMO技術試點測試，并取得預期效果。

在5G第一階段測試中，中興通訊參與了Massive MIMO技術的驗證和性能測試。測試結果顯示，與傳統(tǒng)宏站相比大規(guī)模天線技術可以成倍提高小區(qū)的吞吐量，下行增益可達到3倍。同時，考慮到大規(guī)模天線系統(tǒng)可能在上行容量上受限，中興通訊還進行了上行Massive MIMO測試，測試結果表明，大規(guī)模天線技術可以成倍地提高小區(qū)的吞吐量，上行增益可達到4倍。

更大規(guī)模天線陣列的驗證可能會在下一階段測試中繼續(xù)推進，然而繼續(xù)擴展到例如256天線的大規(guī)模天線并不簡單。專家指出：“從128天線到256天線，不是簡單的拼圖式天線集成，而是需要解決很多難題，例如在如此多天線數(shù)量的情況下，如何自動協(xié)同服務、如何實現(xiàn)很高的算法復雜度等都是重要挑戰(zhàn)?！?/p>

在這一方面，大唐也是一個重要嘗試者，在今年上半年，大唐發(fā)布了具備充分的靈活性和處理能力的統(tǒng)一5G綜合驗證平臺，大唐首次向公眾展示了全球領先Massive MIMO技術——256天線陣列的測試驗證。

在眾多廠商研究和驗證中，大規(guī)模MIMO不僅通過提高吞吐量改善用戶體驗，還增強了移動網(wǎng)絡的覆蓋、容量和能效，目前已經(jīng)具備的多場景測試驗證能力相信將對5G第二階段測試提供重要推動力。

網(wǎng)絡切片：深入更多場景驗證

未來5G應用對移動網(wǎng)絡的要求千差萬別，需要基于一張物理網(wǎng)絡對能力進行靈活組裝和編排，以滿足千萬級應用的多樣化需求。網(wǎng)絡切片是5G網(wǎng)絡架構的關鍵技術之一，也是SDN/NFV技術在云化網(wǎng)絡的一種實現(xiàn)形態(tài)，將為運營商帶來十分廣泛的新服務。

在第二階段測試中，低時延高可靠場景、低功耗大連接場景等重要測試場景都是圍繞更多垂直行業(yè)的萬物互聯(lián)場景的需求。以業(yè)務為中心，基于同一個物理網(wǎng)絡虛擬化多個網(wǎng)絡切片來滿足不同行業(yè)的業(yè)務需求，網(wǎng)絡切片技術將在更多場景中實現(xiàn)資源按需分配，幫助運營商網(wǎng)絡快速、高效地為不同行業(yè)的不同客戶部署不同的業(yè)務。

在這方面，愛立信是當之無愧的倡導者，在網(wǎng)絡切片概念和技術的發(fā)展中提出多項關鍵理念。在網(wǎng)絡切片關鍵技術的測試中，作為5G核心網(wǎng)網(wǎng)絡切片技術的主要推動者，愛立信已經(jīng)實現(xiàn)了基于切片管理分層架構下，完整的網(wǎng)絡切片生命周期管理全過程，包括構建和激活，運行狀態(tài)監(jiān)控、更新、遷移、共享、擴容、縮容，以及刪除切片等。此外，還實現(xiàn)了根據(jù)不同的業(yè)務需求，切片在多數(shù)據(jù)中心的靈活部署。目前，愛立信重點開展的行業(yè)試點涵蓋交通和汽車、物聯(lián)網(wǎng)、能源和電力、安全和安保以及公共基礎設施和零售業(yè)等領域。對于愛立信而言，與垂直行業(yè)的合作將在下一階段繼續(xù)拓展。

在國內運營商的合作中，華為在網(wǎng)絡切片領域表現(xiàn)更為出眾。此前，華為與中國移動NovoNET共同實現(xiàn)了基于SOC目標架構，將移動網(wǎng)絡通過端到端的切片來滿足海量應用對網(wǎng)絡差異化的需求，基于云化實現(xiàn)網(wǎng)元重構、控制面/用戶面分離以簡化網(wǎng)絡；控制面/用戶面可根據(jù)業(yè)務需求靈活部署；將網(wǎng)絡能力通過標準API接口開放給合作伙伴以實現(xiàn)網(wǎng)絡能力貨幣化；通過模塊組件化和靈活編排實現(xiàn)動態(tài)切片。

在工業(yè)、電力、公共服務等行業(yè)應用方面，華為陸續(xù)推出最新進展，如通過工業(yè)控制切片解決方案可以提供超低時延來實現(xiàn)在救災、電力檢修等場景下對工業(yè)機器人的精準操控與交互；通過公用事業(yè)切片解決方案可以提供低功耗、超密連接來滿足智能水表、氣表、電表等公用業(yè)務需求。

MEC（移動邊緣計算） 則是為了滿足超低時延的應用需求，這是對5G網(wǎng)絡切片要求最高的一類應用場景，不僅核心網(wǎng)功能需要盡量下移靠近基站，而且CDN或者APP服務器也要相應下移，才能實現(xiàn)較低的網(wǎng)絡環(huán)回時延。

在這一方面，英特爾布局較早，并在第一階段測試中作為唯一的一家芯片企業(yè)完成了MEC關鍵技術的相關測試，并宣布達到了預期的測試結果。

在此次MEC技術測試中，英特爾基于通用的x86服務器和虛擬化技術實現(xiàn)的MEC平臺在業(yè)務吞吐量和時延抖動方面顯示出較高性能，并支持MEC管理接口功能，具備靈活和動態(tài)調度網(wǎng)絡資源的能力。據(jù)了解，在第二階段測試中，英特爾將進一步探討MEC技術為移動邊緣入口帶來的商業(yè)模式創(chuàng)新的無限可能。

諾基亞和上海貝爾在5G技術驗證中也承擔了網(wǎng)絡切片技術和網(wǎng)絡邊緣計算重要關鍵技術的驗證工作。

在第一階段測試中，諾基亞和上海貝爾所提供的網(wǎng)絡切片技術和MEC技術基于全新的5G網(wǎng)絡架構和可編程網(wǎng)絡操作系統(tǒng)實現(xiàn)，包括低時延IoT和大帶寬eMBB網(wǎng)絡切片，有效支持5G差異化業(yè)務，創(chuàng)新的MEC無縫遷移技術則實現(xiàn)了最大程度降低業(yè)務中斷時間，更高效地滿足用戶業(yè)務體驗需求。

據(jù)諾基亞貝爾實驗室（中國）研究人員透露，諾基亞和上海貝爾將在第二階段測試中基于AirScale商用基站平臺運行5G無線技術、采用諾基亞AirFrame IT硬件的AirScale云基站服務器來探索更優(yōu)化的框架結構，用同一套平臺滿足多種5G場景需求。

作為向5G目標架構演進的重要策略之一，網(wǎng)絡切片技術的發(fā)展與更多驗證將進一步加快提升5G在更多場景的性能表現(xiàn)。

高頻通信：加速樣機設計與測試

為了滿足5G極高的用戶體驗速率和系統(tǒng)容量的需求，需要利用高頻段豐富的頻譜資源。對更高頻段的應用是5G重要創(chuàng)新之一，業(yè)界正不斷加大高頻段通信技術的研究，以滿足寬頻傳送速率的要求，特別是對于毫米波技術。

在5G第二階段測試中，IMT-2020（5G）推進組強調將加快高頻測試并推動產業(yè)成熟。與此同時，規(guī)范中指出，24.25GHz-43.5GHz頻段將成為重點研究頻段，但由于高頻相關產業(yè)鏈不成熟，所以會先鼓勵設備廠商開展高頻試驗樣機開發(fā)和測試，且主要在實驗室測試。不難想象，高頻段測試極有可能在第二階段測試中獲得重要突破。

在此前的高頻測試中，愛立信已經(jīng)采用了最新一代的高頻端到端樣機分別在室內和室外進行測試，針對定點視距環(huán)境、定點非視距環(huán)境、移動視距環(huán)境、移動非視距環(huán)境和覆蓋遍歷分別進行了測試。此外，對超大帶寬、波束賦形、波束追蹤和多用戶MIMO等關鍵功能實現(xiàn)驗證，完成了5G高頻技術驗證和性能評估。

華為日前與Vodafone在位于英國的實驗場完成了5G高頻段接收技術現(xiàn)場測試。全球首次在E-Band高頻段接收技術上對5G進行的室外現(xiàn)場測試中，華為利用高強度物理反射的單用戶MIMO實現(xiàn)了單用戶達到20Git/s的高傳送速率，并通過多用戶MIMO實現(xiàn)遠距離單用戶設備達到10Git/s的高傳送速率。這一成果在國內5G第二階段測試的高頻測試中提供豐富的技術和經(jīng)驗支撐。

高通也正在極力攻克這一技術難關，為5G商用打開更廣闊的前景。此前，高通向業(yè)界展示的28GHz 5G毫米波原型系統(tǒng)演示了如何利用先進天線技術（智能波束成形和追蹤）應對非視距環(huán)境，改善室內/室外覆蓋范圍，提供強大的移動性。據(jù)介紹，該系統(tǒng)設計靈活，支持未來在其他毫米波頻段上開展測試、演示和試驗，是否會加入到國內第二階段的測試中來還沒有具體信息透露。

諾基亞和上海貝爾在第一階段測試中就承擔了28GHz毫米波大規(guī)模天線技術的驗證，目前諾基亞貝爾實驗室（中國）也正在對更多毫米波技術與應用進行測試中。據(jù)了解，最新測試中數(shù)據(jù)傳輸速率能夠達到50Gbps，頻譜效率為100bps/Hz，所使用的頻段是28GHz到近300GHz，時延更是達到亞毫秒級別，采用64條天線組成的基站，基站尺寸只有12cm×12cm。據(jù)諾基亞和上海貝爾的工程師介紹，從目前實驗室測試來看，數(shù)據(jù)的收發(fā)已經(jīng)實現(xiàn)，但對于高達50Gbps的速率，還沒有可行的應用匹配。

未來5G系統(tǒng)將面向6GHz以下和6GHz以上全頻段布局，以綜合滿足網(wǎng)絡對容量、覆蓋、性能等方面的要求。第二階段更多樣機與測試的出現(xiàn)，將成為驗證5G技術在高頻段性能的重要一步，讓產業(yè)更深入地理解5G的能力。