Massive MIMO技术到底是个什么鬼？5G还得靠它

5G的大规模部署预计将在2020年展开，在此之前，业界必须尽快克服诸多系统与技术挑战，在频谱利用与符合国际标准方面建立共识...

因此，在日前于美国德州奥斯汀举行的NIWeek 2016上，5G仍是重要的讨论议题，从一场场的专题演说、座谈会、展览现场到技术专题，几乎都围绕着与5G有关的频谱效率与标准化——包括如何透过原型制作促进5G研究，以及Massive MIMO等商用技术能否实现5G愿景等话题。

"5G并非单独存在，它是实现连网世界的根本技术。"国家仪器(NI)产品行销副总裁Mike Santori在一场名为"让5G成为现实"(Making 5G A Reality)的座谈会中强调，"5G的成功与物联网(IoT)密不可分。而实现下一代行动网路标准的必要过程包括了大规模的平台扩展、大规模机器类通讯，以及超高可靠型机器类通讯(M2M)。"

此外，5G并不只是为智慧装置提供更快的资料速率。NI RF与通讯资深产品行销经理James Kimery在专题演说中表示，"事实上，定义5G的3GPP标准组织已经为5G勾勒出一些关键的性能指标，包括可实现低至1ms的最低延迟、连接数百万装置以及推动物联网(IoT)的高容量、10Gbps以上的峰值资料速率以及实现VR/AR的串流速率。"

根据3GPP，5G由于具备高性能、低延迟与高容量，以及可为行动装置驱动VR/AR应用的处理能力，正成为下一代无线通讯技术首选

然而，要实现5G的未来并不容易。尽管5G行动通讯技术已在如火如荼地进展中，但业界仍面临着标准尚未到位、频谱利用仍缺乏全球共识等诸多问题。此外，目前在5G研究还存在着原型制作的挑战，NI全球业务与行销执行副总裁Eric Starkloff在受访时指出，"以往的研究完全采用软体进行，无法进行真实世界的验证或准确的演算法预测，特别是像大规模多重输入多重输出(Massive MIMO)、毫米波(mmW)等复杂的系统——而这些都是实现5G的重要基础。"

为了克服5G带来的系统与技术挑战，Kimery指出，NI目前正携手生态系统中的合作夥伴，"透过为研究打造原型以及验证在真实世界环境的表现，加速证实研究的可行性。而这就是软体定义无线电(SDR)得以发挥作用之处。"

针对SDR，NI旗下子公司Ettus Research创办人兼总裁Matt Ettus谈到了目前提议的5G频谱技术——Massive MIMO。透过使用基于SDR的架构打造Massive MIMO原型验证平台，将有助于无线通讯研究尽快掌握频谱效率对于真实5G系统的影响。

例如，英国布里斯托大学(University of Bristol)与隆德大学(Lund University)在最近的一项合作研究采用NI MIMO Application Framework平台，证实了Massive MIMO可实现5G愿景的能力。

Massive MIMO技术透过空间域的途径，在基地台采用大量天线并进行同步处理，大幅提高了频谱效益与能源效率

隆德大学教授Ove Edfors解释，"Massive MIMO开启了无线通讯的新方向——当传统系统使用时域或频域为不同用户之间实现资源共享时，Massive MIMO则导入了空间域(spatial domain)的途径，其方式是在基地台采用大量的天线以及为其进行同步处理，如此则可同时在频谱效益与能源效率方面取得几十倍的增益。"他并强调，结合NI USRP与PXI系统所实现的分布式时脉同步化，对于Massive MIMO来说更是至关重要。

在布里斯托大学和隆德大学共同进行的研究中，跨国的研究团队采用一款128组天线的测试平台，在单个20MHz无线通道上同时为22名用户提供即时的服务。这项研究的结果超越了先前的所有频谱效率纪录——达到145.6bits/s/Hz (LTE约可实现14-16 bits/s/Hz的频谱效率)以及1.59Gbps的聚合资料速率。

研究人员在英国布里斯托大学的电波暗室中测试128支天线阵列

英国布里斯托大学工程学院院长Andrew Nix强调，"藉由在频谱效率方面创下的纪录——5G可提供较4G更高20倍的频谱效率，以及在相同的频谱下提供较LTE网路更高20倍的资料传输量，证明massive MIMO可作为5G的备选技术。"

接下来，研究人员将透过NI的的平台展开更多展开Massive MIMO的真实世界测试。布里斯托大学将在该市内部署Massive MIMO测试平台并连接至光纤网路，期望藉进行更多测试进一步证实这项技术实现5G愿景的能力。