圖1：2020年時的無線晶片概念圖。
根據無線領域的專家們表示，預計在2020年以前，5G蜂巢式網路可望產生兩種新的空中介面，以及基於新興大規模 MIMO (Massive MIMO)技術的新天線設計。與此同時，LTE將突破Gbit/s瓶頸。
在日前由Wi-Fi業者Quantenna舉辦的‘The Future of Wireless Summit’大會上，英特爾(Intel)首席無線技術專家Kenneth Stewart在發表專題演講時指出，“我們應該為毫米波頻段開發一種新的空中介面。同時，用於存取物聯網(IoT)的另一種空中介面應該也有一些機會。”
Stewart建議，在範圍廣泛的物聯網領域中，有些裝置可從量身定製的空中介面中受益，例如那些“在傳送之前不必同步的裝置……我們希望看到針對特殊用例的創新。”
Stewart認為，LTE和WiFi在5G出現後仍會繼續存在很長一段時間。他介紹了一種2020年的無線晶片概念(圖1)：利用全套3G、4G和5G介面，除了802.11ax Wi-Fi和藍牙5.0外，還支援多達60個LTE頻段。“我們認為要推出這樣的裝置基本上沒有什麼困難。”
他並鼓勵大家發明適合使用這種晶片組的殺手級手機：“我們尚欠缺的是針對5G網路的裝置或使用者體驗，就像iPhone對3G或4G網路的推動作用——它必須先部署這些網路。我們還沒有見到能夠充分發揮未來5G網路優勢的裝置。我們認為目前正存在著尋找和提供這種裝置的大好機會。”
與會專家們普遍同意5G的進展主要將取決於毫米波頻率和大規模MIMO天線的使用。Stewart強調，“5G的主要利益與優勢均取決於28GHz至90GHz範圍內的毫米波的應用。”
英特爾已經朝此方向邁進，推出了一款名為Maple Peak的60GHz WiGig產品。該產品主要用於無線筆記型電腦擴充基座，採用了一個2×8覆晶晶片鍵合的天線陣列。“其挑戰主要在於功效，目前在這個領域還有許多基礎工作要做。”
ITU則為5G網路制定了一系列的目標(見表1)，包括針對某些服務超過10Gbit/s的資料速率。“我們相信毫米波頻段的Wi-Fi和LTE能夠達到這個目標。”
表1：ITU的5G網路規定。
Stewart預期LTE將能在未來十年後達到Gbit/s的資料速率，“如果幸運的話，”手機也將能在相同頻段中使用諸如大規模MIMO等技術收發資料。
被譽為‘大規模MIMO之父’的貝爾實驗室(Bell Labs)科學家Thomas Marzetta在大會的一場專題討論中介紹這項技術的最新研究進展。其中的一項實驗利用675支天線成功地為10位使用者提供Gbit/s級的速率。另一次實驗則為同一蜂巢式網路中的每位用戶提供5Gbit/s的速率，即使位於蜂巢式網路邊緣的用戶也能達到這個速率。
Marzetta表示，“我們還沒聽說過使用相對更小的頻譜。畢竟10倍的提升並不容易達到，而大規模MIMO能夠輕鬆升級甚至超過10倍的改善，而且不需要複雜的訊號解碼。”
大規模MIMO技術預計將淘汰當今使用的點對點MIMO系統，而且可能不再需要使用小型蜂巢式基地台，Marzetta指出，“我認為LTE和Wi-Fi如果無法轉型至大規模MIMO的話，可能就必須準備提前退場了。”
不過，Stewart指出，要以較低成本搭建具有一致性能的這種天線陣列，目前仍面臨許多艱巨的挑戰，“針對這項技術，目前在資訊理論和建置團隊之間仍然缺乏有效的溝通。”
Marzetta也表示，大規模MIMO在他的母公司阿爾卡特-朗訊(Alcatel-Lucent)也仍然是一個研究課題。小型蜂巢式基地台仍是該公司發展策略的重要基礎。
有‘MIMO之父’尊稱的史丹佛大學教授Arogyasawami Paulraj表示，當今的802.11ac可支援下行鏈路通道的多用戶MIMO，但Quantenna等公司必須推動對於上行鏈路的支援，才能滿足像體育館等應用。
新興大規模MIMO技術是毫米波傳輸中波束成型技術的關鍵。毫米波可以穿過植物等可能使訊號衰減達8至10dB的障礙物，Paulraj指出。他表示目前已經與美國監管部門就支援毫米波波束成形技術所需的規程修改進行了磋商。
在5G網路中，資料可能在寬頻毫米波通道上傳輸，而控制訊號則走較慢的3G網路，他補充道。“但不管會遇到什麼問題，毫米波頻率肯定會得到應用，雖然一開始可能會出現較大吞吐量時有時無的情形。”
英特爾的Stewart和Paulraj一致認為，5G將會由多種技術共同組成，包括大規模MIMO LTE、多種Wi-Fi，甚至藍牙。
“1G、2G、3G和4G的推動力來自頻譜效率和吞吐量的成長，但5G更加關注於多種頻譜和技術的整合，以便為用戶帶來一個統一的網路介面。”Stewart表示，「要在上層網路整合所有的技術於單一流程，目前還面臨著重大的挑戰。”
(參考原文：Radios Tune Up for 5G，by Rick Merritt)
資料來源:電子工程專輯
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