2
天線(xiàn)設(shè)計(jì)和測(cè)量是挑戰(zhàn)的核心
在這個(gè)移動(dòng)設(shè)備數(shù)量比人類(lèi)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(méi)有智能手機(jī)。從 1G 到 4G，每一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)都為我們帶來(lái)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(gè)人和職業(yè)生活。如今，整個(gè)行業(yè)都為有望在 2017 到 2020 年到來(lái)的 5G 而躁動(dòng)。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(lái)了無(wú)限可能， 智慧城市、無(wú)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(jìng)賽有如奧林匹克競(jìng)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(lái)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)是多方面的，主要圍繞無(wú)線(xiàn)射頻頻譜、天線(xiàn)的設(shè)計(jì)與測(cè)量。
5G“競(jìng)賽”之挑戰(zhàn)
5G 將激起一場(chǎng)激烈的無(wú)線(xiàn)電頻譜的協(xié)調(diào)之戰(zhàn)
首先，數(shù)據(jù)是通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波傳送的。無(wú)線(xiàn)電波擁有不同頻率的波段，每個(gè)波段對(duì)應(yīng)不同的通訊方式：航空和航海導(dǎo)航信號(hào)，電視廣播，移動(dòng)數(shù)據(jù)，軍事應(yīng)用等。隨著新協(xié)議的開(kāi)發(fā)，他們可利用的剩余射頻（RF）是有限的。無(wú)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(wú)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(méi)有限制的情況下，5G 才能提供不間斷的用戶(hù)體驗(yàn)。目前，有幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能夠提供終端用戶(hù)的無(wú)線(xiàn)設(shè)備連接：蜂窩技術(shù)、Wi-Fi、毫米波、M 2 M（設(shè)備對(duì)設(shè)備）。5G 會(huì)通過(guò)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(hù)理想的無(wú)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(píng)估階段。而且，類(lèi)似協(xié)議的協(xié)調(diào)，5G 網(wǎng)絡(luò)將不會(huì)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(lái)也必然通過(guò)最佳的方式共同工作，這樣才能支持即將到來(lái)的、激動(dòng)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(duì)點(diǎn)和視角線(xiàn)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(gè)天線(xiàn)，形成指向每個(gè)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(cè)量行業(yè)經(jīng)受的考驗(yàn)
5G 對(duì)于接收電波的技術(shù)組合要求，恰是天線(xiàn)測(cè)量行業(yè)面臨的考驗(yàn)。行業(yè)創(chuàng)新必須緊跟市場(chǎng)需求，提供靈活的解決方案，測(cè)量多種亟待評(píng)估的新設(shè)備。在測(cè)試每一項(xiàng)新的應(yīng)用技術(shù)之際，也要對(duì)各種技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)元素和協(xié)議的組合等進(jìn)行測(cè)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(lái)了挑戰(zhàn)。對(duì)于那些想要從高速、大容量毫米波譜中獲益的人來(lái)說(shuō)，非常需要整個(gè)系統(tǒng)能夠提供毫米波頻段的測(cè)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(jì)合適的天線(xiàn)，一旦攻克這兩方面的挑戰(zhàn)，他們?cè)?5G 的“競(jìng)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)射器和接收器共同分享，而發(fā)射器和接收器很可能來(lái)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(duì)于大規(guī)模 MIMO，這可能是一個(gè)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(gè)與此領(lǐng)域相關(guān)的挑戰(zhàn)是“無(wú)連接器裝置”，大規(guī)模 MIMO 的大型天線(xiàn)數(shù)組需要設(shè)計(jì)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(cè)試設(shè)備的測(cè)試端口的空間。毫米波天線(xiàn)的小型化已經(jīng)導(dǎo)致了這一困境。預(yù)計(jì)邏輯上下一步就是“空中接口”（OTA）測(cè)試。
總體而言，射頻設(shè)備測(cè)試的未來(lái)充滿(mǎn)挑戰(zhàn)，會(huì)要求非常精密的儀器和靈活的測(cè)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(huì)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(duì)時(shí)間壓力。這個(gè)復(fù)雜的測(cè)試需要在最短的時(shí)間內(nèi)完成，因?yàn)檫@是一場(chǎng)比賽。
5G 發(fā)展的奧林匹克競(jìng)賽
世界體育競(jìng)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(dòng)力。
2018 年，韓國(guó)冬季奧運(yùn)會(huì)和莫斯科世界杯都將成為 5G 試驗(yàn)應(yīng)用的絕佳機(jī)會(huì)。
2020 年，日本夏季奧運(yùn)會(huì)，將成為 5G 現(xiàn)場(chǎng)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(gè)國(guó)家、哪個(gè)公司或者哪個(gè)企業(yè)聯(lián)盟會(huì)在這場(chǎng) 5G 競(jìng)賽中獲勝，還難以明確，不過(guò)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(lái)的設(shè)備測(cè)試能力上勝出。整個(gè)行業(yè)都面臨著復(fù)雜而艱難的挑戰(zhàn)，我深信：第一個(gè)通過(guò)測(cè)試的商家將會(huì)引領(lǐng)市場(chǎng)的發(fā)展，并且為后來(lái)者設(shè)定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
閱讀全文
