大规模天线阵列:推动更大规模验证

大规模天线阵列与全双工作为提升频谱效率的两大关键技术，在5G研究中已经得到了多方面的验证。大规模天线阵列对满足5G系统容量与速率需求的支撑作用已经在测试中得到验证。其中，Massive MIMO技术能够同时提高网络的容量和覆盖范围，它结合了单用户MIMO和波束追踪技术，而多用户MIMO技术则通过相同的时间和频率资源，加强用户体验，并减少数据传输的干扰。

在这方面，目前在华为、爱立信、中兴的原型机系统中已经可以实现多用户MIMO、大规模MIMO等功能与插件，在5G测试中取得了重要突破，为下一阶段更多场景验证的开展打下坚实基础。

在第一阶段测试中，华为携手中国移动联合开展大规模天线阵列与全双工两大关键技术的研究。华为与中国移动在位于成都的5G外场率先完成5G关键技术验证中，大规模天线技术MU-MIMO（多用户多入多出），支持同时接入24个UE终端，在相同的时频资源同时支持24流的复用。测试结果表明，和SU-MIMO（单用户多入多出）相比，采用MU-MIMO技术小区吞吐率可以提升10倍以上，在100MHz带宽下，平均吞吐量达到3.6Gbps。

而在Massive MIMOI域，华为与中国移动更通过5G技术4G化，将Massive MIMO技术提前应用于4G商用网络，进一步挖掘4G网络潜力，提升用户体验。利用20MHz带宽及华为Mate7手机终端，实现了超过650Mbps的吞吐率，相比LTE提升了6倍的频谱效率。

而爱立信在前不久展出的5G无线原型机上，实现了在相同的时间和频率资源下，采用多用户MIMO、大规模MIMO以及大量天线（阵列）的波束赋形技术来同时提供吞吐量和能效，峰值吞吐量可超过25Gbps。

针对第二阶段测试主要的车联网场景，近日爱立信在位于瑞典斯德哥尔摩的公司总部应用其5G无线原型，采用称为NR（新无线）的全新5G无线接口与大规模MIMO技术，展示了支持移动连接的能力。测试中5G无线原型测试车围绕公司总部行进，车中的5G终端能够保持7Gbps以上的移动网络连接速率。

中兴通讯则在Pre5G解决方案中将Massive MIMO、UDN和MUSA技术均引入在内，。作为较早与中国移动进行商用测试的合作伙伴之一，中兴通讯的64端口128天线Massive MIMO基带射频一体化室外型基站在2014年就开展了Pre5G Massive MIMO基站预商用测试。此后，中兴通讯与中国移动研究院、广东移动又在2016年之前就进行了针对高楼覆盖等场景的3D-MIMO技术试点测试，并取得预期效果。

在5G第一阶段测试中，中兴通讯参与了Massive MIMO技术的验证和性能测试。测试结果显示，与传统宏站相比大规模天线技术可以成倍提高小区的吞吐量，下行增益可达到3倍。同时，考虑到大规模天线系统可能在上行容量上受限，中兴通讯还进行了上行Massive MIMO测试，测试结果表明，大规模天线技术可以成倍地提高小区的吞吐量，上行增益可达到4倍。

更大规模天线阵列的验证可能会在下一阶段测试中继续推进，然而继续扩展到例如256天线的大规模天线并不简单。专家指出：“从128天线到256天线，不是简单的拼图式天线集成，而是需要解决很多难题，例如在如此多天线数量的情况下，如何自动协同服务、如何实现很高的算法复杂度等都是重要挑战。”

在这一方面，大唐也是一个重要尝试者，在今年上半年，大唐了具备充分的灵活性和处理能力的统一5G综合验证平台，大唐首次向公众展示了全球领先Massive MIMO技术――256天线阵列的测试验证。

在众多厂商研究和验证中，大规模MIMO不仅通过提高吞吐量改善用户体验，还增强了移动网络的覆盖、容量和能效，目前已经具备的多场景测试验证能力相信将对5G第二阶段测试提供重要推动力。

网络切片：深入更多场景验证

未来5G应用对移动网络的要求千差万别，需要基于一张物理网络对能力进行灵活组装和编排，以满足千万级应用的多样化需求。网络切片是5G网络架构的关键技术之一，也是SDN/NFV技术在云化网络的一种实现形态，将为运营商带来十分广泛的新服务。

在第二阶段测试中，低时延高可靠场景、低功耗大连接场景等重要测试场景都是围绕更多垂直行业的万物互联场景的需求。以业务为中心，基于同一个物理网络虚拟化多个网络切片来满足不同行业的业务需求，网络切片技术将在更多场景中实现资源按需分配，帮助运营商网络快速、高效地为不同行业的不同客户部署不同的业务。

在这方面，爱立信是当之无愧的倡导者，在网络切片概念和技术的发展中提出多项关键理念。在网络切片关键技术的测试中，作为5G核心网网络切片技术的主要推动者，爱立信已经实现了基于切片管理分层架构下，完整的网络切片生命周期管理全过程，包括构建和激活，运行状态监控、更新、迁移、共享、扩容、缩容，以及删除切片等。此外，还实现了根据不同的业务需求，切片在多数据中心的灵活部署。目前，爱立信重点开展的行业试点涵盖交通和汽车、物联网、能源和电力、安全和安保以及公共基础设施和零售业等领域。对于爱立信而言，与垂直行业的合作将在下一阶段继续拓展。

在国内运营商的合作中，华为在网络切片领域表现更为出众。此前，华为与中国移动NovoNET共同实现了基于SOC目标架构，将移动网络通过端到端的切片来满足海量应用对网络差异化的需求，基于云化实现网元重构、控制面/用户面分离以简化网络；控制面/用户面可根据业务需求灵活部署；将网络能力通过标准API接口开放给合作伙伴以实现网络能力货币化；通过模块组件化和灵活编排实现动态切片。

在工业、电力、公共服务等行业应用方面，华为陆续推出最新进展，如通过工业控制切片解决方案可以提供超低时延来实现在救灾、电力检修等场景下对工业机器人的精准操控与交互；通过公用事业切片解决方案可以提供低功耗、超密连接来满足智能水表、气表、电表等公用业务需求。

MEC（移动边缘计算） 则是为了满足超低时延的应用需求，这是对5G网络切片要求最高的一类应用场景，不仅核心网功能需要尽量下移靠近基站，而且CDN或者APP服务器也要相应下移，才能实现较低的网络环回时延。

在这一方面，英特尔布局较早，并在第一阶段测试中作为唯一的一家芯片企业完成了MEC关键技术的相关测试，并宣布达到了预期的测试结果。

在此次MEC技术测试中，英特尔基于通用的x86服务器和虚拟化技术实现的MEC平台在业务吞吐量和时延抖动方面显示出较高性能，并支持MEC管理接口功能，具备灵活和动态调度网络资源的能力。据了解，在第二阶段测试中，英特尔将进一步探讨MEC技术为移动边缘入口带来的商业模式创新的无限可能。

诺基亚和上海贝尔在5G技术验证中也承担了网络切片技术和网络边缘计算重要关键技g的验证工作。

在第一阶段测试中，诺基亚和上海贝尔所提供的网络切片技术和MEC技术基于全新的5G网络架构和可编程网络操作系统实现，包括低时延IoT和大带宽eMBB网络切片，有效支持5G差异化业务，创新的MEC无缝迁移技术则实现了最大程度降低业务中断时间，更高效地满足用户业务体验需求。

据诺基亚贝尔实验室（中国）研究人员透露，诺基亚和上海贝尔将在第二阶段测试中基于AirScale商用基站平台运行5G无线技术、采用诺基亚AirFrame IT硬件的AirScale云基站服务器来探索更优化的框架结构，用同一套平台满足多种5G场景需求。

作为向5G目标架构演进的重要策略之一，网络切片技术的发展与更多验证将进一步加快提升5G在更多场景的性能表现。

高频通信：加速样机设计与测试

为了满足5G极高的用户体验速率和系统容量的需求，需要利用高频段丰富的频谱资源。对更高频段的应用是5G重要创新之一，业界正不断加大高频段通信技术的研究，以满足宽频传送速率的要求，特别是对于毫米波技术。

在5G第二阶段测试中，IMT-2020（5G）推进组强调将加快高频测试并推动产业成熟。与此同时，规范中指出，24.25GHz-43.5GHz频段将成为重点研究频段，但由于高频相关产业链不成熟，所以会先鼓励设备厂商开展高频试验样机开发和测试，且主要在实验室测试。不难想象，高频段测试极有可能在第二阶段测试中获得重要突破。

在此前的高频测试中，爱立信已经采用了最新一代的高频端到端样机分别在室内和室外进行测试，针对定点视距环境、定点非视距环境、移动视距环境、移动非视距环境和覆盖遍历分别进行了测试。此外，对超大带宽、波束赋形、波束追踪和多用户MIMO等关键功能实现验证，完成了5G高频技术验证和性能评估。

华为日前与Vodafone在位于英国的实验场完成了5G高频段接收技术现场测试。全球首次在E-Band高频段接收技术上对5G进行的室外现场测试中，华为利用高强度物理反射的单用户MIMO实现了单用户达到20Git/s的高传送速率，并通过多用户MIMO实现远距离单用户设备达到10Git/s的高传送速率。这一成果在国内5G第二阶段测试的高频测试中提供丰富的技术和经验支撑。

高通也正在极力攻克这一技术难关，为5G商用打开更广阔的前景。此前，高通向业界展示的28GHz 5G毫米波原型系统演示了如何利用先进天线技术（智能波束成形和追踪）应对非视距环境，改善室内/室外覆盖范围，提供强大的移动性。据介绍，该系统设计灵活，支持未来在其他毫米波频段上开展测试、演示和试验，是否会加入到国内第二阶段的测试中来还没有具体信息透露。

诺基亚和上海贝尔在第一阶段测试中就承担了28GHz毫米波大规模天线技术的验证，目前诺基亚贝尔实验室（中国）也正在对更多毫米波技术与应用进行测试中。据了解，最新测试中数据传输速率能够达到50Gbps，频谱效率为100bps/Hz，所使用的频段是28GHz到近300GHz，时延更是达到亚毫秒级别，采用64条天线组成的基站，基站尺寸只有12cm×12cm。据诺基亚和上海贝尔的工程师介绍，从目前实验室测试来看，数据的收发已经实现，但对于高达50Gbps的速率，还没有可行的应用匹配。

未来5G系统将面向6GHz以下和6GHz以上全频段布局，以综合满足网络对容量、覆盖、性能等方面的要求。第二阶段更多样机与测试的出现，将成为验证5G技术在高频段性能的重要一步，让产业更深入地理解5G的能力。