Massive MIMO能實現5G愿景嗎？

　　5G的大規模部署預計將在2020年展開，在此之前，業界必須盡快克服諸多系統與技術挑戰，在頻譜利用與符合國際標準方面建立共識...

　　因此，在日前于美國德州奧斯汀舉行的NIWeek 2016上，5G仍是重要的討論議題，從一場場的專題演說、座談會、展覽現場到技術專題，幾乎都圍繞著與5G有關的頻譜效率與標準化——包括如何透過原型制作促進5G研究，以及Massive MIMO等商用技術能否實現5G愿景等話題。

　　“5G并非單獨存在，它是實現連網世界的根本技術。”國家儀器(NI)產品行銷副總裁Mike Santori在一場名為“讓5G成為現實”(Making 5G A Reality)的座談會中強調，“5G的成功與物聯網(IoT)密不可分。而實現下一代行動網路標準的必要過程包括了大規模的平臺擴展、大規模機器類通訊，以及超高可靠型機器類通訊(M2M)。”

　　此外，5G并不只是為智慧裝置提供更快的資料速率。NI RF與通訊資深產品行銷經理James Kimery在專題演說中表示，“事實上，定義5G的3GPP標準組織已經為5G勾勒出一些關鍵的性能指標，包括可實現低至1ms的最低延遲、連接數百萬裝置以及推動物聯網(IoT)的高容量、10Gbps以上的峰值資料速率以及實現VR/AR的串流速率。”

　　根據3GPP，5G由于具備高性能、低延遲與高容量，以及可為行動裝置驅動VR/AR應用的處理能力，正成為下一代無線通訊技術首選

　　然而，要實現5G的未來并不容易。盡管5G行動通訊技術已在如火如荼地進展中，但業界仍面臨著標準尚未到位、頻譜利用仍缺乏全球共識等諸多問題。此外，目前在5G研究還存在著原型制作的挑戰，NI全球業務與行銷執行副總裁Eric Starkloff在受訪時指出，“以往的研究完全采用軟體進行，無法進行真實世界的驗證或準確的演算法預測，特別是像大規模多重輸入多重輸出(Massive MIMO)、毫米波(mmW)等復雜的系統——而這些都是實現5G的重要基礎。”

　　為了克服5G帶來的系統與技術挑戰，Kimery指出，NI目前正攜手生態系統中的合作夥伴，“透過為研究打造原型以及驗證在真實世界環境的表現，加速證實研究的可行性。而這就是軟體定義無線電(SDR)得以發揮作用之處。”

　　針對SDR，NI旗下子公司Ettus Research創辦人兼總裁Matt Ettus談到了目前提議的5G頻譜技術——Massive MIMO。透過使用基于SDR的架構打造Massive MIMO原型驗證平臺，將有助于無線通訊研究盡快掌握頻譜效率對于真實5G系統的影響。

　　例如，英國布里斯托大學(University of Bristol)與隆德大學(Lund University)在最近的一項合作研究采用NI MIMO Application Framework平臺，證實了Massive MIMO可實現5G愿景的能力。

　　Massive MIMO技術透過空間域的途徑，在基地臺采用大量天線并進行同步處理，大幅提高了頻譜效益與能源效率

　　隆德大學教授Ove Edfors解釋，“Massive MIMO開啟了無線通訊的新方向——當傳統系統使用時域或頻域為不同用戶之間實現資源共享時，Massive MIMO則導入了空間域(spatial domain)的途徑，其方式是在基地臺采用大量的天線以及為其進行同步處理，如此則可同時在頻譜效益與能源效率方面取得幾十倍的增益。”他并強調，結合NI USRP與PXI系統所實現的分布式時脈同步化，對于Massive MIMO來說更是至關重要。

　　在布里斯托大學和隆德大學共同進行的研究中，跨國的研究團隊采用一款128組天線的測試平臺，在單個20MHz無線通道上同時為22名用戶提供即時的服務。這項研究的結果超越了先前的所有頻譜效率紀錄——達到145.6bits/s/Hz (LTE約可實現14-16 bits/s/Hz的頻譜效率)以及1.59Gbps的聚合資料速率。

　　研究人員在英國布里斯托大學的電波暗室中測試128支天線陣列

　　英國布里斯托大學工程學院院長Andrew Nix強調，“藉由在頻譜效率方面創下的紀錄——5G可提供較4G更高20倍的頻譜效率，以及在相同的頻譜下提供較LTE網路更高20倍的資料傳輸量，證明massive MIMO可作為5G的備選技術。”

　　接下來，研究人員將透過NI的的平臺展開更多展開Massive MIMO的真實世界測試。布里斯托大學將在該市內部署Massive MIMO測試平臺并連接至光纖網路，期望藉進行更多測試進一步證實這項技術實現5G愿景的能力。