万物互联的时代正在到来。有行业分析家预测，到2020年，全球将有500亿个设备连接到移动网络。移动网络正被大规模使用，无线网络的需求呈爆炸式增长，同时物联网如火如荼的发展着，在这个大背景下，5G通信的需求也欲呼之欲出。

行业内人士普遍认为：“较之以往的通信标准，5G将是革命性的。”不但是传输数据速率的大幅度提高——5G的目标是为每名用户提供10Gb/s（其网络容量将超过4G 1000倍）级的峰值数据速率。比如，4G时代，用户需要40分钟才能下载一个高清视频，到了5G，只需几秒即可完成下载。同时，它将联起的不但是移动终端设备，还将是各种传感器以及驱动器等等嵌入式设备；不但包含了高宽带设备、还包括低宽带设备。此外，在频谱资源方面，它需要开发新的技术，在现有频谱的基础上扩大数据传输容量，或者探索其他的频谱范围。前者，需要更高效率的5G波形；后者则有可能需要用到毫米波频率范围，包括28GHz、38GHz、71GHz~76GHz。

5G的4个方面

对于5G的发展,NI射频产品研发副总裁Jin Bains表示：“我们认为主要关注4个方面：MIMO、密集组网、新型物理层研究以及毫米波。”

具体来说，在MIMO方面，大幅度增加基站的天线阵列数量将大幅提升频谱利用效率。现在一般的基站有8根天线，但是5G的基站有可能将达到100多根天线。大规模的天线可集中每个用户的能量，以提高数据速率和通信链路的质量。据悉，瑞典德隆大学采用NI的PXI平台、USRP软件无线电平台以及LabVIEW通信系统设计套件，可实现128根天线，并将数据速率提高100倍以上。

在密集组网方面，Jin介绍，“这是若干技术的综合。通过密集组网、混合组网实现5G关于网络容量提升1000倍的要求。即一个小区将有可能是宏基站以及若干个微基站、小基站的组合。”密集组网可将更多访问点添加到服务区域，根据地理区域划分频谱，而非频谱本身。

新型物理层的研究关注的则是未来5G的波形。Jin介绍：“4G网络采用的是OFDM(正交频分复用)方式，5G通过优化信号物理层结构，正在诸如对NOMA、GFDM（通用频分复用）、FBMC以及UFMC等新的波形进行研究，以提升带内利用效率。”

业界普遍认为，5G时代，毫米波将被应用。Jin介绍：“现在的无线网络通常采用的是3GHz以下的频段，主要是2.4G~2.6GHz。未来的频谱范围有可能集中在6GHz、28GHz、38GHz、60GHz、70GHz等。”过去有观点认为在这些频率内进行通信被认为是不可能的，但在NYU Wireless与NI合作进行的信道声探测量，所得到的信道分布图证明mmWave通信或许是可行的。与此同时，Nokia网络部与NI合作开发了毫米波通信链路原型表明，其数据速率是目前4G的100倍左右，并具有确定的延迟。

Jin认为：“这关乎5G发展的4个方面，每一种技术都非常复杂，需要一个平台化技术，加快原型验证速度，提升5G的研发速度。”

5G的原型验证至关重要

在5G开发的原型设计环节中，存在诸多挑战，Jin介绍：“往往从算法到原型设计需要太长的时间，整个设计流程太过于碎片化– 如果使用目前业内现有的工具，通常需要几个月甚至几年时间才能完成设计。原因在于架构与工具。”根据统计，一般原型化系统设计需要7个软件工具，每个软件工具的学习需要耗费很多时间。

为此，NI开发了专门针对通信系统开发的套件——LabVIEW通信系统设计开发套件。据Jin介绍：“LabVIEW通信系统设计套件结合了软件无线电（SDR）硬件和完整的软件设计流程，可帮助工程师开发5G系统原型设计。”

他介绍：“经典的设计流程包括算法-系统映射-系统实施。开发团队如果采用不同的开发工具、不同的标准，会增加过多的沟通时间。作为完整的系统设计平台，LabVIEW通信系统设计套件可以把整个设计流程单一化，大大方便设计团队。”

具体来说，LabVIEW通信系统设计套件在算法开发阶段，支持C与.M,具有算法设计语言；由于对SDR平台进行了优化，在系统映射阶段，提供了硬件感知开发环境，具有交互式，通过可视化的硬件系统显示，以及统一的功能软件流程图控制物理配置、硬件约束和系统文档，提高了硬件的灵活性；并可通过迭代设计分区；在设计探索阶段，可根据设计需求将算法设计正确编译至FPGA，也为浮点数到定点数提供数据参考；在系统实施前，提供数据参考内建设计仿真工具，进行权衡分析；到系统实施阶段，即可基于源代码开始系统设计，一键部署至硬件，基于真实物理信号完成原型化。

总体来说，这一紧密的集成解决方案无需设计人员手动将不同算法与对应的硬件架构进行匹配，大幅提高了工作效率。比如在与Nokia网络部合作的时候，通过NI LabVIEW通信系统设计套件，Nokia在一个月内成功将空口速率提升至每秒10Gb/s，比现有4G网速快40倍，实现了毫米波级的研发能力，可以73GHz的频率发送数据，实现了经过测试的快速蜂窝技术。

“设计套件还包含了用于WiFi和LTE的内置应用程序框架。”NI 射频、通信和软件无线电（SDR）市场总监James Kimery补充道：“这使得无线原型开发工程师可专心开发针对现有标准的创新组件，无需从头开始设计算法。同时，设计套件可有效弥补当前4G网络和5G标准之间的断层。”

5G的发展策略

针对未来5G的发展，NI专门成立个RF/Communications Leader User项目，即领先用户计划。据Jin介绍：“这是由公司最有资历的研发团队组成，他们正在积极地与高校以及科研机构合作。”

据介绍，通过领先用户计划，在国外，NI除了与NYU Wireless研究中心、德累斯顿工业大学以及Nokia网络部等密切合作外，还与3GPP等国际化标准组织开展合作，使得NI在5G标准方面能够最快的追踪5G的发展进程。

在中国，据NI 中国射频与无线通信市场开发经理姚远介绍：“NI与运营商、设备厂商、大学、研发中心等也在紧密合作，包括华为、中兴、东南大学等，并与上海无线通信研究中心成立了5G联合实验室。”

此外，NI加大了在5G方面的市场投资。今年年初，NI收购了在高性能FPGA原型开发具有领先地位的BEEcube公司，就是为了加强5G的研发，Jin表示：“这主要是NI和BEEcube在基于平台的设计上理念一致。未来，还有可能会并购与NI设计理念一致的公司。”

（图片从左至右分别为NI 中国射频与无线通信市场开发经理姚远、NI资深产品营销经理David A. Hall、NI 射频、通信和软件无线电（SDR）市场总监James Kimery、NI射频产品研发副总裁Jin Bains先生）