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是時候?yàn)?G“競賽”設(shè)定一個新標(biāo)準(zhǔn)了

2016/06/08
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天線設(shè)計和測量是挑戰(zhàn)的核心
在這個移動設(shè)備數(shù)量比人類數(shù)量還要多的世界里,人們很容易忘記:15 年前我們的生活中還沒有智能手機(jī)。從 1G 到 4G,每一代移動網(wǎng)絡(luò)都為我們帶來了更快的通信速度和更多新的應(yīng)用,廣泛影響了人們的個人和職業(yè)生活。如今,整個行業(yè)都為有望在 2017 到 2020 年到來的 5G 而躁動。5G 引領(lǐng)的新一代網(wǎng)絡(luò)速度高達(dá) 10 Gbit/s,超低延遲約 1 毫秒(比 4G 快 50 倍),給我們的工作和生活帶來了無限可能, 智慧城市、無人駕駛、關(guān)鍵醫(yī)療、“物的聯(lián)網(wǎng)”革命都指日可待。
 
毋庸置疑,正在全球上演的科技競賽有如奧林匹克競賽一樣激烈,大家都希望在各自的領(lǐng)域奪冠,成為全球的標(biāo)桿。通信行業(yè)未來發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)是多方面的,主要圍繞無線射頻頻譜、天線的設(shè)計與測量。
 
5G“競賽”之挑戰(zhàn)
5G 將激起一場激烈的無線電頻譜的協(xié)調(diào)之戰(zhàn)
首先,數(shù)據(jù)是通過無線電波傳送的。無線電波擁有不同頻率的波段,每個波段對應(yīng)不同的通訊方式:航空和航海導(dǎo)航信號,電視廣播,移動數(shù)據(jù),軍事應(yīng)用等。隨著新協(xié)議的開發(fā),他們可利用的剩余射頻(RF)是有限的。無論是尋找新的通信空間,還是與現(xiàn)有應(yīng)用空間的協(xié)調(diào),都需要復(fù)雜的溝通和協(xié)調(diào)。
 
其次,諸如無人駕駛運(yùn)輸或遠(yuǎn)程手術(shù)等新的應(yīng)用,不允許出現(xiàn)數(shù)據(jù)連接中斷的突發(fā)狀況。只有當(dāng)傳輸容量沒有限制的情況下,5G 才能提供不間斷的用戶體驗(yàn)。目前,有幾個網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能夠提供終端用戶的無線設(shè)備連接:蜂窩技術(shù)、Wi-Fi、毫米波、M 2 M(設(shè)備對設(shè)備)。5G 會通過整合不同協(xié)議的協(xié)調(diào)和分散的頻段,從而為終端用戶理想的無縫連接。
 
5G 旨在適應(yīng)數(shù)據(jù)吞吐量的增加,許多技術(shù)正處于評估階段。而且,類似協(xié)議的協(xié)調(diào),5G 網(wǎng)絡(luò)將不會基于一種單一的技術(shù),而是多種技術(shù)的結(jié)合。這些技術(shù)即使現(xiàn)在不能在一起運(yùn)用,將來也必然通過最佳的方式共同工作,這樣才能支持即將到來的、激動人心的一系列應(yīng)用。
 
毫米波技術(shù)和大規(guī)模 MIMO 就是這樣的兩種技術(shù)。毫米波使高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸成為可能,但是只能用于短距離、點(diǎn)對點(diǎn)和視角線的連接,“大規(guī)模 MIMO”(多接收多發(fā)射)則是理想的有效替代。大規(guī)模 MIMO 是指一種基站采用多個天線,形成指向每個設(shè)備的區(qū)域性波束,這樣可以顯著提高容量和流量的密度。這種大規(guī)模 MIMO 基本的物理學(xué)原理已經(jīng)被證實(shí),并且實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)正在配置中。
 
測量行業(yè)經(jīng)受的考驗(yàn)
5G 對于接收電波的技術(shù)組合要求,恰是天線測量行業(yè)面臨的考驗(yàn)。行業(yè)創(chuàng)新必須緊跟市場需求,提供靈活的解決方案,測量多種亟待評估的新設(shè)備。在測試每一項(xiàng)新的應(yīng)用技術(shù)之際,也要對各種技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)元素和協(xié)議的組合等進(jìn)行測試,以確保正確的互操作性。
 
在眾多正在發(fā)展的技術(shù)中,毫米波和大規(guī)模 MIMO 技術(shù)都帶來了挑戰(zhàn)。對于那些想要從高速、大容量毫米波譜中獲益的人來說,非常需要整個系統(tǒng)能夠提供毫米波頻段的測量。目前,只有一小部分系統(tǒng)可以提供。由于大多數(shù)可用射頻頻譜的帶寬是在更高的頻段(高達(dá) 100 兆赫),挑戰(zhàn)的關(guān)鍵也在于設(shè)計合適的天線,一旦攻克這兩方面的挑戰(zhàn),他們在 5G 的“競賽”中將獲得可觀的進(jìn)展。
 
MIMO 系統(tǒng)的工作原理是基于響應(yīng)射頻信道特性的基帶算法。由于基帶被發(fā)射器接收器共同分享,而發(fā)射器和接收器很可能來自不同的供應(yīng)商(基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商和設(shè)備供應(yīng)商),那么該算法所需參數(shù)的全部詳細(xì)列表必須在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)文件中指定。對于大規(guī)模 MIMO,這可能是一個非常復(fù)雜和詳細(xì)的規(guī)范,從而確保全面的互通性。
 
另一個與此領(lǐng)域相關(guān)的挑戰(zhàn)是“無連接器裝置”,大規(guī)模 MIMO 的大型天線數(shù)組需要設(shè)計緊湊,因此成本和高效部署成為關(guān)鍵。這意味著不太可能有射頻連接器或者連接測試設(shè)備的測試端口的空間。毫米波天線的小型化已經(jīng)導(dǎo)致了這一困境。預(yù)計邏輯上下一步就是“空中接口”(OTA)測試。
 
總體而言,射頻設(shè)備測試的未來充滿挑戰(zhàn),會要求非常精密的儀器和靈活的測試解決方案,以解決毫米波收發(fā)器和(或)為大規(guī)模 MIMO 提供更好的智能信息。更復(fù)雜的,甚至可以調(diào)節(jié)到各種頻段的暗室也會有更多需求。除此之外,使用衰落模擬器的多徑衰落信道,以及這種設(shè)備所需的技術(shù)要求和能力,將變得更加重要。
 
最后,我們必須要面對時間壓力。這個復(fù)雜的測試需要在最短的時間內(nèi)完成,因?yàn)檫@是一場比賽。
 
5G 發(fā)展的奧林匹克競賽
世界體育競賽是先進(jìn)技術(shù)實(shí)際部署和大規(guī)模試驗(yàn)的主要驅(qū)動力。
 
2018 年,韓國冬季奧運(yùn)會和莫斯科世界杯都將成為 5G 試驗(yàn)應(yīng)用的絕佳機(jī)會。
 
2020 年,日本夏季奧運(yùn)會,將成為 5G 現(xiàn)場演示的起點(diǎn),也將成為商業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)。
 
目前,究竟哪個國家、哪個公司或者哪個企業(yè)聯(lián)盟會在這場 5G 競賽中獲勝,還難以明確,不過可以確定的是,贏家不僅僅依靠創(chuàng)新的速度,還要在隨之而來的設(shè)備測試能力上勝出。整個行業(yè)都面臨著復(fù)雜而艱難的挑戰(zhàn),我深信:第一個通過測試的商家將會引領(lǐng)市場的發(fā)展,并且為后來者設(shè)定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
 
 
 
 

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電子產(chǎn)業(yè)圖譜

現(xiàn)任法國MVG行業(yè)應(yīng)用技術(shù)總監(jiān),常駐法國巴黎。2005年,他獲得法國高等科技學(xué)院(ENSTA)工程學(xué)學(xué)位,而后加入SATIMO公司(MVG集團(tuán)旗下分公司)擔(dān)任天線工程師達(dá)7年之久。2007年,Gross被任命為多探頭天線測量系統(tǒng)研發(fā)部總經(jīng)理。2009年8月,Gross升任行業(yè)應(yīng)用技術(shù)總監(jiān),帶領(lǐng)團(tuán)隊進(jìn)行天線測量領(lǐng)域的軟件、系統(tǒng)和產(chǎn)品的研發(fā)。除了專注于行業(yè)應(yīng)用技術(shù)的研發(fā),他還參與過多項(xiàng)研究,在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)表了多篇學(xué)術(shù)著作,擁有多項(xiàng)專利。