构建5G现实的原型

在过去的文章中，我写了很多关于物联网(IoT)的文章。它们围绕着您和您的公司需要如何采用基于平台的测试方法，以便为设备性能的快速变化和许多技术的集成所带来的测试挑战做好准备。然而，我还没有过多地谈到推动和实现物联网的技术。

随着iPhone的问世，无线数据成为许多人日常生活中不可或缺的一部分。“移动互联网”的变革影响似乎是凭空而来的，因为其他公司很快就跟随苹果的脚步，推出了功能强大的智能设备。我们陶醉于我们的移动设备可以做的所有新的和有用的事情。

现在谁还会随身携带iPod，甚至在手机上存储音乐?我当然不喜欢。我只是用Spotify来播放我喜欢的音乐;现在我的指尖上有超过2000万首歌，无论我是坐在咖啡馆里还是开车穿越西德州度假。此外，我还可以在女儿上大学的时候和她视频聊天，即使我打电话给她时，她正走在曼哈顿的第二大道上。

我相信我和你们一样，都认为2015年的科技创新是理所当然的。但我也确信，当它不按你想要的方式工作时，你也会像我一样感到恼怒——比如当我的手机显示了五格的信号强度和LTE可用性，但一条简单的短信却无法发送(图1)．这些时候，我都在想，到2020年，我们将如何支持大约500亿台设备，这些设备将以某种方式连接和交换我们的艾字节(也就是数十亿千兆字节)数据。

今天的4G网络融合了最新的无线技术，继续为我们提供更快、更可靠的数据访问。不过，LTE和LTE- a之外的路还远没有铺好。无线数据的快速消费继续超过行业满足迅速增长的需求的能力，但更快的数据和更大的访问只是故事的一部分。

移动互联网描绘了一幅持续创新的画面，激励着世界各地的研究人员去思考更快的数据和更大的容量。这些被称为第五代(5G)的新网络有望再次改变我们的生活。

解决现实世界的挑战

定义5G引发了很多兴奋，其中很多关注都集中在更快的数据速率上。然而，5G有一个更广泛的议程。除了更快的数据速率，5G将容纳更多的连接用户和设备(100倍或更多)，并旨在减少网络延迟。解决这些鲜为人知的挑战是释放物联网巨大潜力的关键。

目前应对5G挑战的研究已经显示出了希望，但前面的路还很长。鉴于广泛的需求和目标，目前世界各地有许多想法正在进行研究。新的5G波形、网络密集、大规模MIMO和毫米波通信等技术可能会沿着时间曲线逐步部署，因此，它们不是相互排斥的，也可能是互补的(图2)．这些5G技术正在向前发展，人人共享互联网的愿景每天都在接近现实。

令我特别兴奋的是，5G的目标不仅仅是优化峰值带宽等技术规范。它是关于解决现实世界的连接、速度、可靠性、容量等问题。

为了证明潜在的技术，研究人员需要工具来更快地设计和快速原型化他们的概念，从而加快上市和最终部署的时间。在我们希望无线通信工作的复杂条件下，研究人员不能简单地在数学世界中工作，运行模拟。他们需要能够将他们的技术原型化，并在真实世界条件下进行测试，以观察他们在实验室之外的表现。

原型设计:一个重要的5G研究方法

倪在过去的几年里，我有很好的机会与来自世界各地领先公司和大学的研究人员合作，包括诺基亚、三星、英特尔、德累斯顿大学和纽约大学无线。这些组织已经在努力通过原型化真实系统来推进5G技术。

建立无线通信系统的原型是一项艰巨的技术任务，当所涉及的技术还在研究中，而现有的工具和产品中实际上并不存在时，就更是如此了。虽然通信算法的数学建模和仿真非常简单，但要让这些算法在具有高性能I/O的实时目标上执行却不是那么容易。

为了比竞争对手更快地创新，研究人员需要所有可能的优势。这意味着利用之前研究的知识产权，利用硬件和软件平台，让他们在现有的基础设施上构建，而不必从头开始。这也意味着他们需要一个平台，可以无缝地融合算法设计和物理原型，与硬件目标紧密集成，以满足无线通信的苛刻需求。

NI开发并持续发展了一个基于LabVIEW里约热内卢架构的设计、测试和原型平台。它将我们的LabVIEW图形系统设计软件与高性能硬件紧密地结合在一起，其中包括fpga，用于苛刻的计算和I/O方面。这种方法使研究人员能够专注于开发他们的想法，并迅速在现实世界中试用它们，而不是仅仅依赖于模拟或尝试创建自定义硬件来运行他们的算法。

举个例子，诺基亚和NI最近合作开发了有史以来最快的蜂窝5G技术原型，最高速度为10gb /s，比4G技术快40倍(图3)．为了提供一个参考框架，用户可以在40分钟内下载一个两个小时的高清视频，使用当今速度最高的网络，在良好的条件下;在10gb /s的演示速度下，用户可以在一分钟内下载相同的视频。

现实之路

我们看到5G技术正在向前发展，以应对当今的无线通信挑战，人人共享互联网的愿景日益成为人们关注的焦点。与任何新的无线技术一样，从概念到原型的过渡影响到实际部署和商业化的时间。研究人员越快地构建5G原型，这些设计就能越快地批量生产和测试，最重要的是，我们就能越快地利用更快的数据速率、减少的延迟和可靠的连接。