原型設計捷報頻傳　5G試行網路部署全速啟動

圖1 國家儀器射頻、通訊及SDR產品行銷總監James Kimery表示，2016年將可看到更多電信營運商投入5G試行網路部署。

5G通訊技術將進入新的里程碑。為搶占市場先機，國際通訊大廠無不卯足全勁展開5G技術研發；其中，三星(Samsung)與諾基亞通信(Nokia Networks)已率先突破原型設計挑戰，並成功演示全方位多重輸入多重輸出(FD-MIMO)與E-band毫米波(mmWave)等5G重要技術，可望加快5G試行網路部署，進而達成2020年商轉目標。

國家儀器(National Instruments)射頻、通訊及軟體定義無線電(SDR)產品行銷總監James Kimery(圖1)表示，從技術概念到原型設計完成，並且可實際進行運作，是一項非常艱鉅的挑戰，因此三星和諾基亞通信的技術展示對5G發展而言具有相當重要的意義。這不僅有助加速5G標準制定工作，亦將刺激更多電信營運商投入試行網路部署，讓5G發展邁入下一個突破階段。

三星/諾基亞原型設計達陣5G網路技術進展邁大步

據了解，諾基亞通信主要致力於5G毫米波技術研究；毫米波頻段為超過30GHz的無線射頻，能夠達到更高速的傳輸速度並降低訊號干擾，諾基亞的研究集中於E-band(71∼76GHz, 81∼86GHz)。

在2014年NIWeek活動上，諾基亞通信利用國家儀器的PXI解決方案展示了全球第一套73GHz E-band的毫米波無線通訊系統，速度可高達2.3Gbit/s；而今年在NIWeek 2015的舞台上，該公司所展示的E-band毫米波通訊系統，已擴充到2x2 MIMO，並可實現高達10Gbit/s的傳輸率，足足比現在長程演進計畫(LTE)技術快一百倍(圖2)。

圖2 諾基亞通信在今年NIWeek展示的E-band毫米波通訊系統，已可實現高達10Gbit/s的傳輸率，較現今LTE技術快一百倍。

另外，三星則在NIWeek大會中，首度公開展示5G FD-MIMO基地台原型，可以極高資料率提供多用戶服務(圖3)。該原型是由一具備MIMO天線陣列的小型基地台，以及四部國家儀器的USRP RIO軟體定義無線電平台，及四部終端裝置所組成；透過三星新的3D波束成形(Beamforming)技術，該原型系統可實現每位使用者25Gbit/s以上的極高傳輸率。

Kimery進一步指出，現階段我們已看到高達10Gbit/s鏈結速度的演示，但它還不是真正連結到網際網路；因此，國家儀器目前已開和合作夥伴一同展開新技術的實際場域部署工作，看看它們能否在真實的網路環境中運行。

圖3 三星在NIWeek大會中，首度公開展示5G FD-MIMO基地台原型。

事實上，5G試行網路建置已陸續發生，如NTT DOCOMO已和諾基亞通信合作在日本進行實地場測；另外，中國移動、中國聯通也已著手投入。Kimery預計，明年相關部署案例將愈來愈多。

5G候選技術眾多　FD-MIMO可望率先商用

現階段，各界所提出的5G候選技術相當多元，各家所押寶的研究方向也不盡相同；然而，由於FD-MIMO技術係由現今成熟的4G技術所衍生而成，且可直接部署於既有基礎網路設施上，因而可望成為最快商用的5G技術。

Kimery認為，2015年9月第三代合作夥伴(3GPP)將舉行全員會議(Plenary Meeting)，屆時各種5G候選技術將開始收斂，而三星和諾基亞的所展示的最新技術皆有望在5G標準化過程中占有重要地位。

Kimery個人預估，基於實體層波型(Physical Layer Waveform)的5G技術較有機會快速被市場採用，因為它毋須大幅更改既有設計，基本上只是改變軟體；而三星提出的FD-MIMO甚至沒有使用新的波型，只須採用不同的基地台並利用3D波束成形技術就可以實現，因此有可能在2018年率先被導入商用。相較之下，毫米波技術則須再多些時間發展，因為還有許多相關技術尚未到位，而且困難度也相對較高。

降低原型開發挑戰/成本　LabVIEW通訊系統立功

眾所周知，原型建立不僅過程耗費時日，相關研發經費也所費不貲，也因此，國家儀器推出一套LabVIEW通訊系統設計組(LabVIEW Communication System Design Suite)，助力工程人員縮減原型設計的時程與成本。

Kimery解釋，過去原型設計過程中，撰寫演算法的數位訊號處理(DSP)團隊，與系統實作的FPGA團隊，經常容易發生錯誤責任難以釐清的問題，導致時間的浪費。如今藉由國家儀器的LabVIEW通訊系統設計組，可大幅簡化溝通的流程，讓5G原型設計更有效率。

LabVIEW通訊系統設計組係結合國家儀器軟體定義無線電平台與LabVIEW Communications System Design軟體，所組成的新一代無線通訊系統原型建構平台，可讓開發人員輕鬆將演算法部署至處理器與FPGA，進一步驗證可行性。

Kimery強調，LabVIEW通訊系統設計組還包含內建的LTE和Wi-Fi 802.11的應用程式框架(Application Framework)，可幫助無線系統原型製作人員針對現有的標準，打造出創新的特定元件，不必從頭設計全新的演算法，從而節省一半以上的開發時間，加快創新腳步。

搶占5G最佳戰略位置　NI從原型設計源頭布局

從上所述，不難發現，向來力推PXI量測方案的國家儀器，在5G市場係改打原型設計平台，主要原因除目前5G設備量測需求還未浮現外，從原型市場開始卡位，亦是該公司重要的發展策略。

圖4 國家儀器全球業務暨行銷執行副總裁Eric Starkloff認為，該公司從原型市場切入，將可掌握更多5G關鍵知識。

Starkloff進一步分析，國家儀器可提供一個完整的平台，協助5G研發人員完成即時原型系統設計，相形之下，其他量測業者則僅能提供測試儀器；也因此，對國家儀器來說，5G原型平台已是實際開始貢獻營收的產品，但對其他儀器商則還是先期投資階段，因為目前還沒有5G的產品測試需求。

顯而易見，相較於2014年下半年5G話題逐漸萌芽，今年則已快速進入研發階段，各業者與研究機構間的合作也日益頻繁，甚至已有少數營運商開始投入試行網路部署，實際驗證技術的商用性。隨著愈來愈多5G技術原型成功展示，2016年勢將見到更多試行網路啟動，而相關標準制定也可望更加明朗。

無論對通訊設備製造商、儀器商，甚至電信業者來說，5G將是創造新一波營運成長的重要機會，然而，這次的備戰時間將比4G更短，唯有能以最快速度建立技術及專利壁壘，進而打入標準規格之列者，方能躋身贏者圈，搶得5G市場話語權。