專訪NI：5G將顛覆測試過程 SDR平臺(tái)化方法助力應(yīng)對(duì)各種場景

11月2日專稿 （艾斯）NI（美國國家儀器公司）在近日的NI Days活動(dòng)期間發(fā)布了《2018 NI趨勢展望報(bào)告》，其中對(duì)2018年工程師將面臨的重大挑戰(zhàn)進(jìn)行了探討。報(bào)告顯示，5G需要的測試方法與之前的無線技術(shù)截然不同，它將顛覆整個(gè)測試過程。

雖然3GPP已經(jīng)宣布將制定5G標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間表提前，但是在標(biāo)準(zhǔn)正式確定之前，仍有很多不確定性因素。即使標(biāo)準(zhǔn)確定以后，不光是在物理層，在網(wǎng)絡(luò)這一層也會(huì)有很多新的架構(gòu)。因此，NI的報(bào)告稱，進(jìn)行5G研究最合理的方法是采用以軟件為中心的平臺(tái)化方法。測試和測量解決方案將成為5G商業(yè)化周期的關(guān)鍵。

“NI的一大差異點(diǎn)在于我們通過軟件定義無線電（SDR）的方式做原型相關(guān)的驗(yàn)證，能夠通過同樣的模塊化架構(gòu)實(shí)現(xiàn)未來5G測試，所以你可以很快從原型驗(yàn)證過渡到未來的5G測試，而且都是使用同一套相關(guān)的硬件。”NI市場營銷總監(jiān)James Kimery在近日接受C114中國通信網(wǎng)采訪時(shí)表示，5G要求我們必須以前所未有的方式轉(zhuǎn)變測試方法，而靈活且可配置的平臺(tái)化方法對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展至關(guān)重要。

我們?cè)诂F(xiàn)場看到，NI在活動(dòng)期間展出了5G 新空口（NR） sub-6GHz測試系統(tǒng)，可以提供高達(dá)1GHz的射頻信號(hào)收發(fā)能力，通過最新的NI射頻工具包可以實(shí)現(xiàn)5G NR測試需求。同時(shí)還NI還展出了5G NR毫米波傳輸系統(tǒng)。據(jù)悉，這是同類型中首款上市的完整收發(fā)儀，可發(fā)射和接收高達(dá)2GHz的實(shí)時(shí)帶寬信號(hào)，覆蓋不同的毫米波頻譜，實(shí)現(xiàn)5G系統(tǒng)樣機(jī)和信道測量功能，能夠同時(shí)兼容3GPP和Verizon 5G標(biāo)準(zhǔn)。

無線通信基本訴求在5G時(shí)代變得非常昂貴

無線通信要求對(duì)場景有足夠理解，也就是說終端在任何場合都要與基站保持很好的通訊。而眾所周知，5G采用了Massive MIMO和毫米波等新技術(shù)，這兩種技術(shù)都使用多天線和波束成型技術(shù)，與目前和以往的無線架構(gòu)有很大的不同。上海無線通信研究中心（以下簡稱“WiCO”）主任楊旸表示，5G測試要比3G和4G時(shí)代難得多，首先是頻譜范圍從低到高范圍很大，其次是天線數(shù)量增加了很多，傳統(tǒng)的測試方法顯然無法應(yīng)對(duì)。因此，無線通信最根本的訴求在5G時(shí)代變得非常昂貴。

作為NI從2010年開始的5G射頻領(lǐng)先用戶計(jì)劃中第一家國內(nèi)用戶，NI與WiCO于2014年成立了國內(nèi)首家NI-WiCO 5G聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。通過對(duì)NI設(shè)備平臺(tái)和軟件進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā)后，目前WiCO已經(jīng)對(duì)6GHz以下所有頻段進(jìn)行了8×8的信道測量，今年底將會(huì)拓展到64T64R，測量將涉及沙灘、室內(nèi)、室外等多種不同的場景。

楊旸表示，“對(duì)64T64R進(jìn)行測試，要做到精準(zhǔn)的同步是很困難的，物理硬件條件的一致性是第一道門檻。同時(shí)，輸出量增加了64倍，就要求存儲(chǔ)速度足夠快，這也很難做到。這些都是我們做最前沿的5G科研對(duì)設(shè)備和硬件條件的迫切需求。而NI的專業(yè)精神也體現(xiàn)在追求極限性能方面，他們做了很多嘗試，從而幫我們完成這樣一個(gè)巨大的工程。”

圖：上海無線通信研究中心基于NI平臺(tái)開發(fā)的毫米波信道探測儀

在采訪中我們了解到，楊旸主任不僅是中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員、中科院無線傳感網(wǎng)與通信重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，同時(shí)也是科技部“第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)（5G）前期研究開發(fā)”重大項(xiàng)目總體專家組專家、國家科技重大專項(xiàng)“新一代寬帶無線移動(dòng)通信網(wǎng)”總體組專家。作為國內(nèi)5G研究領(lǐng)域的頂尖專家，他透露到，“我們從很早就領(lǐng)悟到，未來是不可預(yù)測的，所以一定要用非常靈活的解決方式——就是一個(gè)非常強(qiáng)大的硬件平臺(tái)加上非常靈活的軟件定義，來共同支撐對(duì)未來不可預(yù)測的研究支持”。

SDR加持LabVIEW 平臺(tái)化方法猶如樂高積木

在3GPP目前定義的5G三大應(yīng)用方向中，第一個(gè)是高帶寬，也即大數(shù)據(jù)量傳輸，速度超過10Gbps；第二個(gè)是低延時(shí)，主要應(yīng)用于自動(dòng)駕駛和遠(yuǎn)程操控等場景；第三是大連接（大規(guī)模數(shù)據(jù)接入的物聯(lián)網(wǎng)場景）。而這三個(gè)方向種很多指標(biāo)是相互沖突的，比如說，不可能既要求高帶寬又要求大連接。

James Kimery介紹到，NI的SDR架構(gòu)分成三塊：首先是射頻前端，然后是FPGA，此外還有后端的基帶處理。“由于NI的SDR架構(gòu)使用了FPGA，在FPGA里可以快速地處理相關(guān)的數(shù)據(jù)，所以它適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸。而且，F(xiàn)PGA本身的處理速度是要比傳統(tǒng)的Host上位機(jī)快很多。例如，信道測量里原來10s處理的數(shù)據(jù)可以縮短到150ms，這樣就非常適用用于低延時(shí)的場景。正是因?yàn)镾DR架構(gòu)的靈活性和FPGA的開放性，我們的平臺(tái)可以打造用于不同場景的應(yīng)用。”他表示。

圖：現(xiàn)場5G 毫米波測試演示

實(shí)際上，在上述與WiCO的合作中，NI提供的便是平臺(tái)化的硬件和LabVIEW軟件。“因?yàn)槠脚_(tái)化不可能在某個(gè)特定領(lǐng)域做完全的方案。我們并不是一個(gè)儀表，而是一個(gè)PXI平臺(tái)化的平臺(tái)。通過楊主任團(tuán)隊(duì)專業(yè)的技術(shù)能力，他們把平臺(tái)化的一個(gè)硬件修改為非常適合于做信道測量這樣特定的應(yīng)用?？梢哉f，NI提供的是樂高玩具的積木，楊主任團(tuán)隊(duì)則把它打造成一個(gè)了‘高速列車’作品。”NI技術(shù)市場工程師屠方澤向我們解釋道。

這種硬件軟件分離的平臺(tái)靈活性，對(duì)“做科研的人來講現(xiàn)在是最需要的”，楊旸強(qiáng)調(diào)說，“我們需要能夠控制的平臺(tái)，如果所有的接口都是死的，我們發(fā)揮想象力創(chuàng)造力的空間就很有限。”此外，他表示，采用靈活且可配置的平臺(tái)化方法來支持各種應(yīng)用測試不光在標(biāo)準(zhǔn)形成過程當(dāng)中很重要，在標(biāo)準(zhǔn)制定以后也很重要，因?yàn)槲磥肀貙?huì)有大量豐富的場景出現(xiàn)，這種靈活的測試方法將非常有助于節(jié)省成本。

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