據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年全球?qū)⒂?00億設(shè)備連接到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的嵌入式設(shè)備將能彼此之間直接傳輸數(shù)據(jù)，或?qū)⑿畔l(fā)送至服務(wù)器和云端。隨著4G網(wǎng)絡(luò)的普及，科研人員已經(jīng)著手研究能夠提供更高速率和容量的5G通信技術(shù)。5G傳輸速率的目標(biāo)是4G的1000倍，這就意味著通過5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)幾秒鐘時(shí)間就能下載一部高清電影。

為了克服現(xiàn)有頻譜的局限，科研人員正開發(fā)新技術(shù)，在現(xiàn)有頻譜上擴(kuò)大數(shù)據(jù)傳輸容量，同時(shí)探索其他適用的頻譜范圍?，F(xiàn)階段，5G技術(shù)的研究熱點(diǎn)主要集中在大規(guī)模多入多出（Massvie MIMO）、密集組網(wǎng)、物理層的增強(qiáng)和毫米波（mmWave）。Massvie MIMO技術(shù)通過大幅度增加基站的天線陣列數(shù)量來提升頻譜利用效率；密集組網(wǎng)和混合組網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)容量提升1000倍的要求；通過優(yōu)化信號(hào)物理層結(jié)構(gòu)，諸如對(duì)NOMA、GFDM、FBMC以及UFMC等新的波形進(jìn)行研究，能夠提升帶內(nèi)利用效率；同時(shí)，科研人員對(duì)毫米波段進(jìn)行研究，希望利用其廣闊的頻譜資源進(jìn)行超大帶寬通信。

在當(dāng)前的5G通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，原型驗(yàn)證與實(shí)際環(huán)境仿真測(cè)試成為非常關(guān)鍵的工具。但是，通常軟件無線電架構(gòu)會(huì)包含一個(gè)通用處理器模塊以及FPGA實(shí)時(shí)處理模塊，這需要不同的編程技巧和技術(shù)能力。此外，整個(gè)設(shè)計(jì)流程太過于碎片化。如果使用目前業(yè)內(nèi)現(xiàn)有的工具，通常需要幾個(gè)月甚至幾年時(shí)間才能完成設(shè)計(jì)。因此，開發(fā)一個(gè)5G仿真測(cè)試臺(tái)，在一個(gè)完整的、可協(xié)同工作的系統(tǒng)中測(cè)試相關(guān)算法至關(guān)重要。美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI）最新推出的LabVIEW通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)套件正滿足了開發(fā)5G原型系統(tǒng)的需要。

 
圖：LabVIEW通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)套件

日前，NI在2015第三屆電子設(shè)計(jì)創(chuàng)新會(huì)議上展示了這款結(jié)合軟件無線電硬件和全方位軟件設(shè)計(jì)流程的LabVIEW通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)套件。NI射頻、通信和軟件無線電市場(chǎng)總監(jiān)James Kimery表示：“不斷進(jìn)步的5G技術(shù)給我們帶來了巨大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，NI始終在設(shè)計(jì)、原型開發(fā)、射頻測(cè)試和通信系統(tǒng)領(lǐng)域保持著全球領(lǐng)先的地位。LabVIEW通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)套件的出現(xiàn)將顛覆性的改變軟件無線電原型的開發(fā)方法，大幅縮短開發(fā)時(shí)間、最大程度的提高工作效率。”事實(shí)證明，通過LabVIEW所搭建的平臺(tái)環(huán)境，Nokia成功的將網(wǎng)速提升至每秒10GB，比現(xiàn)在的4G網(wǎng)絡(luò)要快40倍，同時(shí)該案例也最早實(shí)現(xiàn)了毫米級(jí)研發(fā)能力，這一網(wǎng)絡(luò)能以73GHz的頻率發(fā)送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了業(yè)界已經(jīng)過測(cè)試的最快蜂窩技術(shù)。

 
圖：NI射頻產(chǎn)品研發(fā)主要負(fù)責(zé)人

NI與瑞典隆德大學(xué)（LUND）合作開發(fā)了擁有100多條電線的大規(guī)模MIMO測(cè)試臺(tái)，這是5G開發(fā)應(yīng)用中首個(gè)基于商用平臺(tái)達(dá)到該量級(jí)和復(fù)雜度的測(cè)試臺(tái)，成功解決了下一代通信系統(tǒng)將面臨的容量和能源問題。在此次展會(huì)上，NI也展出了這一重要成果。

 
圖：NI與瑞典隆德大學(xué)合作開發(fā)的100多條天線大規(guī)模MIMO測(cè)試臺(tái)

不單為5G原型系統(tǒng)開發(fā)提速，LabVIEW通信系統(tǒng)套件還包含了WiFi和LTE的內(nèi)置應(yīng)用程序框架，使工程師能夠?qū)Ｐ拈_發(fā)針對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)新組件，無需從頭開始設(shè)計(jì)算法。

 
圖：采用NI LabVIEW通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)套件LTE應(yīng)用框架傳輸視頻

我國(guó)5G通信的進(jìn)展如何呢？到2014年底，科技部已經(jīng)投入了約三億元人民幣，先期啟動(dòng)了國(guó)家863計(jì)劃第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)重大研發(fā)項(xiàng)目，吸引了50多家研發(fā)企業(yè)、研究所、大學(xué)共同參與。據(jù)NI中國(guó)射頻與無線通信市場(chǎng)開發(fā)經(jīng)理姚遠(yuǎn)介紹，NI的5G領(lǐng)先客戶計(jì)劃在中國(guó)也已經(jīng)開展起來，同本地的科研機(jī)構(gòu)、運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備廠商展開了密切的合作。例如，NI與東南大學(xué)合作開發(fā)了128天線的大規(guī)模MIMO測(cè)試臺(tái)。去年5月，NI與上海無線通信研究中心合作建立 “WiCO-NI無線通信聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”，共同致力于5G通信系統(tǒng)的研究。包括大規(guī)模MIMO系統(tǒng)等在內(nèi)的5G關(guān)鍵技術(shù)的科研項(xiàng)目將在該中心展開，這對(duì)國(guó)內(nèi)的5G研究具有重要意義。

正如NI資深產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理David A. Hall所說“NI的模塊化軟件模型將幫助工程師在一臺(tái)測(cè)試設(shè)備上完成多個(gè)復(fù)雜的測(cè)試挑戰(zhàn)，并將這種基于平臺(tái)的解決方案搭配軟件應(yīng)用于廣泛領(lǐng)域的設(shè)計(jì)作業(yè)，為前沿科技人員提供了靈活的創(chuàng)新解決方案。”我們期待更多的工程師能采用NI LabVIEW通信系統(tǒng)套件，為5G通信系統(tǒng)原型開發(fā)提速。