下一代5G通信要從概念走到現實，研究人員不僅要解決前所未有的無線數據傳輸速率要求，還要找到網絡延遲和響應性的解決方案，同時將網絡容量提高一千倍。不只是這些，服務運營商還要求以更少的能耗來實現這些設想。

　　那么我們如何著手解決這些復雜的挑戰？答案就在原型，更具體地說，是能夠使無線研究人員測試使用真實系統在真實場景中驗證其實驗性想法的5G 原型。如果運用得當，這些5G 原型將為企業加快產品上市速度奠定基礎。

　　傳統方法驗證5G已經走不通

　　目前有大量關于5G 網絡的說法，3GPP 等全球標準化機構最近開始致力于將5G 概念轉化為現實。

　　IMT-2020、NGMN 和3GPP 描繪的愿景無疑是非常廣泛的。5G 研究人員必須建立一個框架來重新定義現有各個領域的標準 - 無論是汽車和軌道交通系統還是制造、能源、醫療監測。

　　為了做到這一點，研究人員正在采用新的設計方法來幫助解決在隨機接入網絡中定義、開發和部署5G 技術所面臨的挑戰性任務。大多數人都認識到使用傳統方法來審查5G 技術既耗時又耗錢。

　　因此，在這個過程的初期建立一個原型和進行概念驗證有助于加速商業化的進度。美國國家科學基金會項目主任Thyaga Nandagopal 已經注意到能夠為科研提供支持的測試系統的重要性，他表示：“一個靈活可變的原型對于某個概念的成功或失敗起著越來越重要的作用。”

　　毫米波5G通信已經提上議事日程

　　為了縮短構建工作原型所需的時間，許多研究者都采用了包含統一設計流程的平臺設計方法。該方法從數學和仿真開始，然后將系統和工作硬件中的算法進行映射匹配。

波速成形后的天線，將能量集中到一個方向

　　三星公司開發了全球首批多天線技術演示系統之一，該系統的基站（BTS） 包含了32 個天線單元，稱為全尺寸MIMO 或FD-MIMO。FD-MIMO 使用一個二維天線網來形成一個三維信道空間。借助FD-MIMO，服務運營商可以將天線網放置在較高的位置，如建筑物或電線桿上，并將天線波束瞄準地面或鄰近建筑物的用戶，持續地提供更高的數據傳輸速率。

　　瑞典隆德大學的研究人員將這一多天線概念提升到一個新的高度，開發了一個大規模MIMO 原型。

　　大規模MIMO 將蜂窩基站的天線數量增加到數百個。天線網由低成本技術構成，直接將能量聚集在用戶處，同時使用數百個天線來更加靈敏地探測到來自移動設備的微弱信號。另外，大規模MIMO 使用線性編碼技術來簡化基站的處理。

　　增加基站天線的數量可增強移動用戶數據體驗，我們可以使用理論知識來證明大規模MIMO 可顯著減少基站和移動設備消耗的功率。由于多個低成本基站天線發射的總功率比采用單個天線的方式更低，因此基站所消耗的功率可以降低10 倍甚至更多。

美國萊斯大學 Argos 大規模天線陣列原型機

　　根據香農關于信道容量的理論，數據速率的增強和容量的增加受到頻譜的限制。更多的頻譜可產生更高的數據速率，幫助服務運營商容納更多的用戶。因此，全球服務運營商已經為頻譜支付了數十億美元來為他們的客戶提供服務，但低于6GHz 的當前可用頻譜幾乎已經被用盡。目前研究人員正在研究部署高于6 GHz 的蜂窩網絡的可能性，特別是毫米波頻段。

　　值得注意的是，毫米波頻譜資源非常豐富，而且基本上處于無許可狀態，這意味著世界各地的服務運營商都可以使用這一頻譜。紐約大學無線研究中心的Ted Rappaport 教授一直在研究毫米波作為2000 年代中期以來移動網絡演化路徑的可能性。其開拓性的信道測量工作使得全球各地的研究人員開始重新思考毫米波移動網絡不切實際或不可行的假設。

　　此外，諾基亞網絡公司的研究人員也在研究毫米波技術，并取得了令人鼓舞的初步成果。在2015年，諾基亞網絡公司展示了一個可完全工作的毫米波原型，提供有史以來最快速的移動接入速率。

　　諾基亞網絡公司的原型由一個基站和用戶設備組成，在73.5 GHz 的頻率下以超過10 Gbps 的速率傳送數據。諾基亞網絡公司的成果為毫米波和5G 描繪了一個前途光明的未來。

　　5G需要更快速原型驗證方法

　　5G 提供了很多令人振奮的新可能，通過更龐大、緊密的連接來最終提高我們的生活質量，并釋放出巨大的經濟價值。但是如果要切實獲得這些好處，研究人員需要一個更快速的原型驗證方法。

　　傳統的方法通常過于昂貴且耗時甚久，而人們已經開始沒有耐心了。基于平臺的設計方法提供了更快速開發的可能性，正如隆德大學、諾基亞網絡、紐約大學無線研究中心和三星等機構的研究人員已經展示的那樣。現在是時候加入這一創新浪潮，看看它會把我們帶入什么樣的新天地。