5G无线与超越：从进化到革命
从技术的角度来看，第五代移动无线电（或简称5G）更像是“进化”而不是“革命”，在许多方面，5G只是建立在由目前的无线标准、4G LTE所建立的移动基础设施之上。然而，从想象力的角度来看，5G正准备重塑我们所知的技术世界。
无线通信中心主任Sujit Dey协调5G &；超越论坛，其中重点三5g应用：连接健康，新的身临其境的媒体经验（包括人工智能和虚拟现实） ；和物联网，一个“聪明”的连接世界的交汇处的传感技术和机器学习。
新标准 ；–预计将于2020–部署将支持10和20每移动基站之间的数据传输速率每秒千兆位，比典型的4G连接更快的速度在10到100倍。这些功能将使它能够利用传感器技术、虚拟现实、人工智能和机器学习的前所未有的应用 ；–应用在一系列的5G &论坛和技术演示长度；以外，在加利福尼亚大学圣地亚哥分校举行，高通所。
电气工程教授Sujit Dey指导无线通讯UC圣地亚哥中心（CWC）协调会议。他指出，公约的重点是三个应用程序：连接健康，新的身临其境的媒体经验（包括人工智能和虚拟现实）和物联网，一个“聪明”的连接世界的交汇处的传感技术和机器学习。
“在所有这些事情中，最常见的问题是如何将新的5G网络支持这些应用，补充说：”他们。“我国5G &；超越论坛的目的是要解决的不仅是这些新进展还什么他们需要，5G可以提供什么，以及怎样才能让这一切发生的很快，由于5G跑向商业部署在接下来的两年，我们已经谈论了6g。”
一些在无线应用和技术上最大的球员5g &；超越，包括高通、Cisco、微软、三星、Keysight技术，凯萨医疗机构的100多名代表，ViaSat和其他几个主要行业的球员。会议还讨论了5G的进展和挑战，以及网络和设备对未来医疗保健交付模式、连接和自主车辆以及其他5G应用程序的影响。该论坛是由规划会议，因为他们说，“综合这些意见，提供进一步的意见，我们应该做的，和我们行业的成员有价值的输入塑造我们的未来的研究项目。”
几个主题演讲提供5G的未来的一个高层次的概述，包括Durga Malladi的谈话，在高通工程高级副总裁。在谈话中，“5G新电台（NR）的现实，”Malladi形容5G作为一个“统一连接织物增强的移动宽带以及关键任务服务（那些要求极其严格的时延约束和/或极高的可靠性）和大量连接的世界，物联网（IOT）。
注意的是，5G相关的商品和服务，预计将达到12兆美元的产业，在2035年度，Malladi鼓励观众记住，“我们的工作是要建立正确的技术元素，以便其他人可以利用极高的数据速率 ；–在每秒5千兆比特的顺序 ；–和自我强加的低延迟小于一毫秒，5G是可能的。”Malladi列举了一些新兴的和不可预见的情况下使用，将通过5G成为可能，包括身临其境的娱乐体验，如虚拟现实、可持续发展的城市和基础设施建设，提高公共安全、自主制造，和更安全的车载通信。
“今天几乎所有的车辆都以这样或那样的方式连接起来，”他举例说。“要么车辆本身连接到网络（通过机载计算系统），要么驾驶它的人通过网络连接到网络上）。自主车辆需要车辆到车辆的通信，但如果通过车辆到基础设施通信，我们使速度限制自适应，所以他们根据交通模式改变？“
可靠的远程医疗服务是工程师和临床供应商高度期待的另一种5G应用。Alex Gao，美国三星研究中心的数字医疗实验室主任，说他的团队正在努力改变消费级电器”变成了一个守护天使的经验对一个特定的疾病状态”利用身临其境的体验和大量的连接通过5G数字化护理日历启用，合规检查和远程传感。
机器学习和人工智能也将大量进入这些新因素捕捉病人的见解，由认知尺度工程师阿燕Acharya备注研究证明。
“这不足以做数据分析在筒仓和手的报告产品或业务经理，”Acharya说。“你必须提供一些明智的结果或行动，让病人自己去做。”。我们必须对可解释的机器学习模型进行大量投资，并通过分析公共、私人和第三方数据来识别患者偏好和他们的需求，从而为下一步该采取什么行动提供见解。”
这样做需要什么一个扬声器，被称为“边吃云” ；–转向在网络的“边缘”学习机（在连接的装置，例如）然后过滤出来给病人可操作数据的关键见解。该模型解决了将个人健康数据发送到云中所固有的一些隐私问题，其中边缘将在本地执行数据检索，并将非私有信息发送到分析全局的云。
它还解决了实现超连接世界的最大挑战之一：频谱，或者提供连接到所有连接的能力，一直以来都没有创建关键任务服务竞争带宽的场景。“万亿传感器发送数据到云健谈，解释说：”他们，“这是站不住脚的，因为它代表万亿万亿不必要的联系。”
在他的谈话中题为“实时混合边缘分析，个性化的虚拟服务，“他们讨论研究UC圣地亚哥正与合作伙伴如Kaiser Permanente创建一个异构网络系统由不同的接入技术和帮助一起共存。“而且，”Dey说，“一个计算分层架构，包括存储和分析帮助在边缘 ；–无论是移动网络的核心优势，基站，并在我们的家里和物理空间的边缘。”
这样一来，我们就可以解决这个大问题，我们不需要把所有这些数据全部发送到云上。这有助于连接数、带宽以及我们如何利用这个平台来做分析，”Dey说。
迎接大规模MIMO的巨大挑战
最大限度地利用频谱使这些5G应用成为加州大学圣地亚哥电气与计算机工程系的一些研究人员的特别关注点，特别是在大规模MIMO领域。多输入多输出（MIMO）技术为蜂窝基站提供了多个天线，以增强容量并在相同频率下向用户传输并行数据流。通过使用多个天线，MIMO基站也可以波束形成，其中天线波束可以聚焦于单个用户以增强连接性并减少干扰。
挑战固有的大规模MIMO，然而，是它需要大量的信道估计在有限的时间内，无论是上行和下行通信。他谈了对大规模MIMO会话期间，电气工程教授Bhaskar Rao提出的方法克服了在几种情况下的挑战：TDD（时分双工）、FDD（频分双工），和低复杂度的架构。对于TDD，饶的方法是执行一个半盲信道估计。对于FDD，拉奥提出了一个压缩感知框架，它使用字典进行低维信道表示，同时利用信道的稀疏性。低复杂度的架构–尤其是一位大规模MIMO –拉奥的研究小组正在探索的东西称为“到达角估计建模的毫米波通信。
减少大规模MIMO系统的功率消耗是另一个由Dey教授给予重点谈。他的讲话探讨了节能的基站架构，称为混合波束形成结构。这些体系结构的一个特点是，它们可以使用较少数量的射频（射频）链，而不是天线数目。更少的射频链意味着更少的电力消耗。然而，仍然面临着一个挑战：确定最佳的射频链数量，在满足用户要求的同时最小化功耗。他们和他的团队开发了一种机器学习模型来计算这个数，导致在一个方法，可以节省大约一半的功率相比，当所有的射频链正在使用。
继续寻找Low Power，Low Cost Circuitry
同时对无线信号的发送和接收锁相环（PLL），这是用来产生非常精确的本地振荡器信号。虚假的色调是一种瘟疫，可以限制无线收发器的锁相环的性能误差形式。电气工程教授Ian Galton提出了一个锁相环集成电路（IC）-由最近的发明，从他的实验室- -实现创纪录的假音性能。
高尔顿的研究小组开发出一种“下降”的数字Δ-∑调制器目前锁相环用于置换。替换下降使得数字∑Δ调制器比可能的杂散音调性能更好。在更换降称为一个连续的requantizer，是基于新的信号处理算法，通过他的集团开发。高尔顿指出，增加的性能相对于前代5G需要改进的锁相环，特别是虚假的色调，预计将在5G收发器的本地振荡器锁相环的关注。
功率放大器是5G系统中硬件组合的关键部件，因为它们直接影响到总功耗。电气工程教授Peter Asbeck的研究是针对发展高效率5g功率放大器、高线性度和带宽。其中一项成就是演示了一种全GaN多波段包络跟踪功率放大器，在覆盖广泛的载波频率（0.7 – 2.2千兆赫）的情况下，实现了记录80兆赫的信号带宽。这项工作是由一个研究团队在CWC，三菱电器和诺基亚贝尔实验室。其他的结果强调了阿贝克谈包括CMOS G类/电压模式多尔蒂放大器的效率峰值（18%）在12 dB回退（占地3–4 GHz）和一个简单的记忆的查找表，可达到1%的误差向量幅度（适合256 QAM OFDM）。
Asbeck的工作也导致了CMOS放大器带宽28 GHz的调制与64 QAM信号的5 GHz的带宽，实现30 Gb/s，同时保持17 dBm的功率附加效率15%的输出功率，而无需使用任何数字预失真。他还表明，模拟预失真在CMOS多尔蒂放大器实现了良好的增益平坦度可达25 dBm的饱和功率，23.5%的功率附加效率在6 dB的退避而不使用任何数字预失真。 ；这项研究表明，大多数5g CMOS可能应用提供足够的功率。
另一个省电的方法是一种超低功耗唤醒无线电的电气工程教授Drew Hall的团队开发的Patrick Mercier证实，Young Han Kim和Gabriel Rebeiz。在传统无线电中，大多数功率都在等待信号执行功能。这实质上降低了物联网设备的寿命。加州大学圣地亚哥分校的研究人员正在探索用一种唤醒收音机来取代传统的收音机，这种收音机的设计总是在消耗“近零”电的情况下进行。这种新的唤醒收音机只使用4.5西北功率，这本质上是一个硬币电池的漏电功耗，同时实现69 dBm的灵敏度。
的另一大挑战在5G领域是5G的应用使经济实惠的相控阵天线，在28 GHz和60 GHz。这些天线阵列能够通过改变每个辐射元件发出的信号的相位，并提供建设性的/相消干扰，能够在期望的方向上引导信号。电气工程教授Gabriel Rebeiz的演讲在5G论坛强调他的集团最近在这一领域的进展。利用商业化的技术，即在多层印刷电路板天线SiGe集成，rebeiz和他的团队建立负担得起的，高性能的相控阵天线工作在创纪录的数据速率（Gbps通信链路）无需校准，在30 GHz达到50 dBm EIRP。
专题节目主持人Mark Pierpoint，为Keysight技术网络基础设施解决方案的副总裁和总经理，承认相控阵天线有很大的潜力，包括在自己的演示数据图从rebeiz学生工作发展方向的光束。皮尔庞特指出，然而，“还有很多工作要做，特别是在知道如何操作。我们相信，新的研究和应用的结合将解决这些问题。我相信，在接下来的十年里，我们将迎来一些非常富有的时期。”