2018年是5G部署關鍵性的一年，今年6月份3GPP組織正式發布第一版5G標準（R15行動通信技術標準），預示著5G商用化已經提上日程，并且正在加快速度向人們走來。當前中國工信部已經確立了5G中頻頻段為3．3－3．6GHz、4．8－5GHz，但國際主流頻段為28GHz，同時由于中低頻段資源有限，因此大部分5G網絡未來將部署在高頻頻段，及毫米波頻段，而5G的一項關鍵性技術——大規模天線技術（Massive MIMO）的出現，或許可以解決5G當前所面臨的問題，例如高企的建設成本。
近年來，隨著5G標準的逐步確定，5G的部署已有序展開。5G相關頻譜的分配即將塵埃落定，5G的商用化已經進入倒計時。相比于4G，5G的一大特點便是頻率更高，速度更快，能承載的信息量也更多，于此相對應的是波長更短，信號傳輸衰減加劇，穿透性減弱等問題。
當前我國5G頻段主要在6GHz以下進行開放，這也是為了讓中國4G設備得到充分的利用，繼而順利過渡到5G，但未來高頻率5G才會體現其技術真正實力。而高頻5G會產生毫米波，雖然毫米波能帶來諸多便利，但正如3GPP關于5G的標準解釋中寫到，隨著移動通信使用的無線電波頻率的提高，路徑損耗也隨之加大。
那么要如何來解決這個問題呢？由于國家對天線功率有上限限制，因此無法隨意增加天線發射功率；同時也無法改變發射天線與接收天線的距離，因為用戶隨時都可能改變位置；當然也無法無限的提高發射天線與接收天線的增益，因為這受限于天線材料的物理規律。因此唯一可行的解決辦法就是增加發射天線和接收天線的數量，設計多天線陣列。
假設使用天線尺寸相對無線波長為固定的（通常為1／4波長至1／10波長），那么載波頻率提高將意味著天線越來越小，這意味著在同樣的空間中可以塞入更多的高頻段天線。基于此，可以通過增加天線數量來彌補路徑損耗，同時也不會增加天線陣列的尺寸，Massive MIMO技術也就此誕生。
“Massive MIMO和毫米波是5G兩個關鍵的技術，Massive MIMO通過大規模的提高基站端和用戶端的天線數量來提高系統整體的吞吐效率；毫米波通信則選擇毫米波頻段，比如28G，38GHz，60GHz等頻段進行通信。”美國國家儀器射頻和軟件定義無線電技術市場工程師屠方澤在接受《華強電子》記者采訪時表示，“通過毫米波高頻的通信有兩個明顯優勢，首先毫米波頻段內可利用的頻率資源較多，系統帶寬通常超高800MHz，從而可以顯著提高吞吐量，其次天線長度通常和波長相關，毫米波頻段的天線較短，從而在更小的尺寸內可以實現Massive MIMO系統。”
就職于某國際光學半導體公司的一高管向記者透露：“基于5G的發展和需求，Massive MIMO無線解決方案一直被認為是5G的關鍵技術之一，是唯一可以十倍或以上提升系統容量的無線技術。針對Massive MIMO無線解決方案，從之前的原型機到今后的實驗網乃至大規模商用部署，低成本、高集成、高效率成為Massive MIMO無線解決方案的幾個重要趨勢。＂
不止對高頻段5G有很好的效果，對于目前6GHz以下，Massive MIMO也作用明顯。是德科技（中國）有限公司華南區總經理Franklin So表示：“根據運營商的測試結果，6GHz 以下的Massive MIMO基站應對增強覆蓋、提升容量方面有顯著的作用。裝備毫米波技術的基站普遍采用通過Massive MIMO 天線的波束賦形技術，以克服電磁波傳播路損的損耗，實現天線和基站小型化和商用化。Massive MIMO 技術是5G的標志性技術，Massive MIMO技術會隨著運營商部署場景的逐漸明確，加速發展。”
對于Franklin So的看法屠方澤也表示認同：“在6GHz以下，NI提供MIMO應用框架參考設計系統，基站端天線數量靈活可配置，可以實現4～128天線系統，并且可實現單天線和多天線模擬用戶。”同時針對5G頻段范圍廣的問題，屠方澤表示可以通過靈活性的系統來進行適應，并覆蓋毫米波頻段：“首先，通過使用同樣的基帶和中頻模塊，更改前端的射頻頭模塊，可以靈活覆蓋不同的毫米波頻段；其次，目前5G NR的協議還在定義中，我們提供軟件定義無線電開放的平臺，在40GHz以上基本的參考設計是使用單載波的系統，40GHz以上使用CP－OFDM的系統，同一個硬件平臺可以使用LabVIEW軟件快速更改相關代碼實現不同協議以及協議算法的更改。”
顯然，Massive MIMO對于5G的普及起到了關鍵的作用，但同時，由于頻段相比4G更高，要想做到4G同樣的覆蓋程度，其建設的基站數量必然會更多。這也會引發一個問題，某光學半導體公司高管表示：“5G的部署無論對無論是小蜂窩系統還是大規模MIMO系統都面臨功耗、尺寸和重量等多方面的挑戰。相比目前的4G網絡，5G通道數量將有明顯增加，這將直接導致整機的成本大幅提高。在這樣的背景下，對于大規模商用部署，低成本方案就變得尤為重要。”
因此現如今國家主要采用6GHz以下頻段為5G前期使用頻段，這不僅是為了讓用戶與運營商能夠在前期順利的從4G過渡到5G當中，更是為了避免直接建設高頻段5G基站的高成本問題。
（作者：Simon）