__天线设计和测量是挑战的核心 __ 在这个移动设备数量比人类数量还要多的世界里,人们很容易忘记:15年前我们的生活中还没有智能手机。从1G到4G,每一代移动网络都为我们带来了更快的通信速度和更多新的应用,广泛影响了人们的个人和职业生活。如今,整个行业都为有望在2017到2020年到来的5G而躁动。5G引领的新一代网络速度高达10 Gbit/s,超低延迟约1毫秒(比4G快50倍),给我们的工作和生活带来了无限可能, 智慧城市、无人驾驶、关键医疗、“物的联网”革命都指日可待。

毋庸置疑,正在全球上演的科技竞赛有如奥林匹克竞赛一样激烈,大家都希望在各自的领域夺冠,成为全球的标杆。通信行业未来发展所面临的挑战是多方面的,主要围绕无线射频频谱、天线的设计与测量。

5G“竞赛”之挑战

5G将激起一场激烈的无线电频谱的协调之战

首先,数据是通过无线电波传送的。无线电波拥有不同频率的波段,每个波段对应不同的通讯方式:航空和航海导航信号,电视广播,移动数据,军事应用等。随着新协议的开发,他们可利用的剩余射频(RF)是有限的。无论是寻找新的通信空间,还是与现有应用空间的协调,都需要复杂的沟通和协调。

其次,诸如无人驾驶运输或远程手术等新的应用,不允许出现数据连接中断的突发状况。只有当传输容量没有限制的情况下,5G才能提供不间断的用户体验。目前,有几个网络已经能够提供终端用户的无线设备连接:蜂窝技术、Wi-Fi、毫米波、M 2 M(设备对设备)。5G会通过整合不同协议的协调和分散的频段,从而为终端用户理想的无缝连接。

5G旨在适应数据吞吐量的增加,许多技术正处于评估阶段。而且,类似协议的协调,5G网络将不会基于一种单一的技术,而是多种技术的结合。这些技术即使现在不能在一起运用,将来也必然通过最佳的方式共同工作,这样才能支持即将到来的、激动人心的一系列应用。

毫米波技术和大规模MIMO就是这样的两种技术。毫米波使高速、大容量的数据传输成为可能,但是只能用于短距离、点对点和视角线的连接,“大规模MIMO”(多接收多发射)则是理想的有效替代。大规模MIMO是指一种基站采用多个天线,形成指向每个设备的区域性波束,这样可以显著提高容量和流量的密度。这种大规模MIMO基本的物理学原理已经被证实,并且实验系统正在配置中。

测量行业经受的考验

5G对于接收电波的技术组合要求,恰是天线测量行业面临的考验。行业创新必须紧跟市场需求,提供灵活的解决方案,测量多种亟待评估的新设备。在测试每一项新的应用技术之际,也要对各种技术、网络元素和协议的组合等进行测试,以确保正确的互操作性。

在众多正在发展的技术中,毫米波和大规模MIMO技术都带来了挑战。对于那些想要从高速、大容量毫米波谱中获益的人来说,非常需要整个系统能够提供毫米波频段的测量。目前,只有一小部分系统可以提供。由于大多数可用射频频谱的带宽是在更高的频段(高达100兆赫),挑战的关键也在于设计合适的天线,一旦攻克这两方面的挑战,他们在5G的“竞赛”中将获得可观的进展。

MIMO系统的工作原理是基于响应射频信道特性的基带算法。由于基带被发射器和接收器共同分享,而发射器和接收器很可能来自不同的供应商(基础设施供应商和设备供应商),那么该算法所需参数的全部详细列表必须在技术标准文件中指定。对于大规模MIMO,这可能是一个非常复杂和详细的规范,从而确保全面的互通性。

另一个与此领域相关的挑战是“无连接器装置”,大规模MIMO的大型天线数组需要设计紧凑,因此成本和高效部署成为关键。这意味着不太可能有射频连接器或者连接测试设备的测试端口的空间。毫米波天线的小型化已经导致了这一困境。预计逻辑上下一步就是“空中接口”(OTA)测试。

总体而言,射频设备测试的未来充满挑战,会要求非常精密的仪器和灵活的测试解决方案,以解决毫米波收发器和(或)为大规模MIMO提供更好的智能信息。更复杂的,甚至可以调节到各种频段的暗室也会有更多需求。除此之外,使用衰落模拟器的多径衰落信道,以及这种设备所需的技术要求和能力,将变得更加重要。

最后,我们必须要面对时间压力。这个复杂的测试需要在最短的时间内完成,因为这是一场比赛。

5G发展的奥林匹克竞赛

世界体育竞赛是先进技术实际部署和大规模试验的主要驱动力。 2018年,韩国冬季奥运会和莫斯科世界杯都将成为5G试验应用的绝佳机会。 2020年,日本夏季奥运会,将成为5G现场演示的起点,也将成为商业应用的基础。

目前,究竟哪个国家、哪个公司或者哪个企业联盟会在这场 5G 竞赛中获胜,还难以明确,不过可以确定的是,赢家不仅仅依靠创新的速度,还要在随之而来的设备测试能力上胜出。整个行业都面临着复杂而艰难的挑战,我深信:第一个通过测试的商家将会引领市场的发展,并且为后来者设定行业标准。