业界精英齐聚首 擘划5G RF技术

　　根据无线领域的专家们表示，预计在2020年以前，5G蜂巢式网路可望产生两种新的空中介面，以及基于新兴大规模 MIMO （Massive MIMO）技术的新天线设计。与此同时，LTE将突破Gbit/s瓶颈。

　　在日前由Wi-Fi业者Quantenna举办的‘The Future of Wireless Summit’大会上，英特尔（Intel）首席无线技术专家Kenneth Stewart在发表专题演讲时指出，“我们应该为毫米波频段开发一种新的空中介面。同时，用于存取物联网（IoT）的另一种空中介面应该也有一些机会。”

　　Stewart建议，在範围广泛的物联网领域中，有些装置可从量身定製的空中介面中受益，例如那些“在传送之前不必同步的装置……我们希望看到针对特殊用例的创新。”

　　Stewart 认为，LTE和WiFi在5G出现后仍会继续存在很长一段时间。他介绍了一种2020年的无线芯片概念（图1）：利用全套3G、4G和5G介面，除了 802.11ax Wi-Fi和蓝牙5.0外，还支援多达60个LTE频段。“我们认为要推出这样的装置基本上没有什么困难。”

　　图1：2020年时的无线芯片概念图。

　　他并鼓励大家发明适合使用这种芯片组的杀手级手机：“我们尚欠缺的是针对5G网路的装置或使用者体验，就像iPhone对3G或4G网路的推动作用——它必须先部署这些网路。我们还没有见到能够充分发挥未来5G网路优势的装置。我们认为目前正存在着寻找和提供这种装置的大好机会。”

　　与会专家们普遍同意5G的进展主要将取决于毫米波频率和大规模MIMO天线的使用。Stewart强调，“5G的主要利益与优势均取决于28GHz至90GHz範围内的毫米波的应用。”

　　英特尔已经朝此方向迈进，推出了一款名为Maple Peak的60GHz WiGig产品。该产品主要用于无线笔记型电脑扩充基座，採用了一个2×8覆晶芯片键合的天线阵列。“其挑战主要在于功效，目前在这个领域还有许多基础工作要做。”

　　ITU则为5G网路制定了一系列的目标（见表1），包括针对某些服务超过10Gbit/s的资料速率。“我们相信毫米波频段的Wi-Fi和LTE能够达到这个目标。”

　　表1：ITU的5G网路规定。

　　Stewart预期LTE将能在未来十年后达到Gbit/s的资料速率，“如果幸运的话，”手机也将能在相同频段中使用诸如大规模MIMO等技术收发资料。

　　被誉为‘大规模MIMO之父’的贝尔实验室（Bell Labs）科学家Thomas Marzetta在大会的一场专题讨论中介绍这项技术的最新研究进展。其中的一项实验利用675支天线成功地为10位使用者提供Gbit/s级的速率。另一次实验则为同一蜂巢式网路中的每位用户提供5Gbit/s的速率，即使位于蜂巢式网路边缘的用户也能达到这个速率。

　　Marzetta表示，“我们还没听说过使用相对更小的频谱。毕竟10倍的提升并不容易达到，而大规模MIMO能够轻鬆升级甚至超过10倍的改善，而且不需要复杂的讯号解码。”

　　大规模MIMO技术预计将淘汰当今使用的点对点MIMO系统，而且可能不再需要使用小型蜂巢式基地台，Marzetta指出，“我认为LTE和Wi-Fi如果无法转型至大规模MIMO的话，可能就必须準备提前煺场了。”

　　不过，Stewart指出，要以较低成本搭建具有一致性能的这种天线阵列，目前仍面临许多艰巨的挑战，“针对这项技术，目前在资讯理论和建置团队之间仍然缺乏有效的沟通。”

　　Marzetta也表示，大规模MIMO在他的母公司阿尔卡特-朗讯（Alcatel-Lucent）也仍然是一个研究课题。小型蜂巢式基地台仍是该公司发展策略的重要基础。

　　有‘MIMO之父’尊称的史丹佛大学教授Arogyasawami Paulraj表示，当今的802.11ac可支援下行链路通道的多用户MIMO，但Quantenna等公司必须推动对于上行链路的支援，才能满足像体育馆等应用。

　　新兴大规模MIMO技术是毫米波传输中波束成型技术的关键。毫米波可以穿过植物等可能使讯号衰减达8至10dB的障碍物，Paulraj指出。他表示目前已经与美国监管部门就支援毫米波波束成形技术所需的规程修改进行了磋商。

　　在5G网路中，资料可能在宽频毫米波通道上传输，而控制讯号则走较慢的3G网路，他补充道。“但不管会遇到什么问题，毫米波频率肯定会得到应用，虽然一开始可能会出现较大吞吐量时有时无的情形。”

　　英特尔的Stewart和Paulraj一致认为，5G将会由多种技术共同组成，包括大规模MIMO LTE、多种Wi-Fi，甚至蓝牙。

　　“1G、2G、3G和4G的推动力来自频谱效率和吞吐量的成长，但5G更加关注于多种频谱和技术的整合，以便为用户带来一个统一的网路介面。”Stewart表示，「要在上层网路整合所有的技术于单一流程，目前还面临着重大的挑战。”

　　图2：随着新的5G网路兴起，塬有的空中介面仍将继续使用一段时间。