據(jù)預測，到2020年全球?qū)⒂?00億設備連接到移動網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)時代的嵌入式設備將能彼此之間直接傳輸數(shù)據(jù)，或?qū)⑿畔l(fā)送至服務器和云端。隨著4G網(wǎng)絡的普及，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。5G傳輸速率的目標是4G的1000倍，這就意味著通過5G移動網(wǎng)絡幾秒鐘時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，在現(xiàn)有頻譜上擴大數(shù)據(jù)傳輸容量，同時探索其他適用的頻譜范圍?，F(xiàn)階段，5G技術的研究熱點主要集中在大規(guī)模多入多出（Massvie MIMO）、密集組網(wǎng)、物理層的增強和毫米波（mmWave）。Massvie MIMO技術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)可實現(xiàn)5G網(wǎng)絡對于網(wǎng)絡容量提升1000倍的要求；通過優(yōu)化信號物理層結構，諸如對NOMA、GFDM、FBMC以及UFMC等新的波形進行研究，能夠提升帶內(nèi)利用效率；同時，科研人員對毫米波段進行研究，希望利用其廣闊的頻譜資源進行超大帶寬通信。

在當前的5G通信系統(tǒng)設計過程中，原型驗證與實際環(huán)境仿真測試成為非常關鍵的工具。但是，通常軟件無線電架構會包含一個通用處理器模塊以及FPGA實時處理模塊，這需要不同的編程技巧和技術能力。此外，整個設計流程太過于碎片化。如果使用目前業(yè)內(nèi)現(xiàn)有的工具，通常需要幾個月甚至幾年時間才能完成設計。因此，開發(fā)一個5G仿真測試臺，在一個完整的、可協(xié)同工作的系統(tǒng)中測試相關算法至關重要。美國國家儀器公司（NI）最新推出的LabVIEW通信系統(tǒng)設計套件正滿足了開發(fā)5G原型系統(tǒng)的需要。

 
圖：LabVIEW通信系統(tǒng)設計套件

日前，NI在2015第三屆電子設計創(chuàng)新會議上展示了這款結合軟件無線電硬件和全方位軟件設計流程的LabVIEW通信系統(tǒng)設計套件。NI射頻、通信和軟件無線電市場總監(jiān)James Kimery表示：“不斷進步的5G技術給我們帶來了巨大的機遇與挑戰(zhàn)，NI始終在設計、原型開發(fā)、射頻測試和通信系統(tǒng)領域保持著全球領先的地位。LabVIEW通信系統(tǒng)設計套件的出現(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)時間、最大程度的提高工作效率。”事實證明，通過LabVIEW所搭建的平臺環(huán)境，Nokia成功的將網(wǎng)速提升至每秒10GB，比現(xiàn)在的4G網(wǎng)絡要快40倍，同時該案例也最早實現(xiàn)了毫米級研發(fā)能力，這一網(wǎng)絡能以73GHz的頻率發(fā)送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了業(yè)界已經(jīng)過測試的最快蜂窩技術。

 
圖：NI射頻產(chǎn)品研發(fā)主要負責人

NI與瑞典隆德大學（LUND）合作開發(fā)了擁有100多條電線的大規(guī)模MIMO測試臺，這是5G開發(fā)應用中首個基于商用平臺達到該量級和復雜度的測試臺，成功解決了下一代通信系統(tǒng)將面臨的容量和能源問題。在此次展會上，NI也展出了這一重要成果。

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

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)置應用程序框架，使工程師能夠?qū)Ｐ拈_發(fā)針對現(xiàn)有標準的創(chuàng)新組件，無需從頭開始設計算法。

 
圖：采用NI LabVIEW通信系統(tǒng)設計套件LTE應用框架傳輸視頻

我國5G通信的進展如何呢？到2014年底，科技部已經(jīng)投入了約三億元人民幣，先期啟動了國家863計劃第五代移動通信系統(tǒng)重大研發(fā)項目，吸引了50多家研發(fā)企業(yè)、研究所、大學共同參與。據(jù)NI中國射頻與無線通信市場開發(fā)經(jīng)理姚遠介紹，NI的5G領先客戶計劃在中國也已經(jīng)開展起來，同本地的科研機構、運營商和設備廠商展開了密切的合作。例如，NI與東南大學合作開發(fā)了128天線的大規(guī)模MIMO測試臺。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)合實驗室”，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關鍵技術的科研項目將在該中心展開，這對國內(nèi)的5G研究具有重要意義。

正如NI資深產(chǎn)品營銷經(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測試設備上完成多個復雜的測試挑戰(zhàn)，并將這種基于平臺的解決方案搭配軟件應用于廣泛領域的設計作業(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。