專訪NI：5G將顛覆測試過程 SDR平臺化方法助力應(yīng)對各種場景

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

雖然3GPP已經(jīng)宣布將制定5G標準的時間表提前，但是在標準正式確定之前，仍有很多不確定性因素。即使標準確定以后，不光是在物理層，在網(wǎng)絡(luò)這一層也會有很多新的架構(gòu)。因此，NI的報告稱，進行5G研究最合理的方法是采用以軟件為中心的平臺化方法。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)的驗證，能夠通過同樣的模塊化架構(gòu)實現(xiàn)未來5G測試，所以你可以很快從原型驗證過渡到未來的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化方法對于生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展至關(guān)重要。

我們在現(xiàn)場看到，NI在活動期間展出了5G 新空口（NR） sub-6GHz測試系統(tǒng)，可以提供高達1GHz的射頻信號收發(fā)能力，通過最新的NI射頻工具包可以實現(xiàn)5G NR測試需求。同時還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2GHz的實時帶寬信號，覆蓋不同的毫米波頻譜，實現(xiàn)5G系統(tǒng)樣機和信道測量功能，能夠同時兼容3GPP和Verizon 5G標準。

無線通信基本訴求在5G時代變得非常昂貴

無線通信要求對場景有足夠理解，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。因此，無線通信最根本的訴求在5G時代變得非常昂貴。

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)合實驗室。通過對NI設(shè)備平臺和軟件進行進一步開發(fā)后，目前WiCO已經(jīng)對6GHz以下所有頻段進行了8×8的信道測量，今年底將會拓展到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64T64R進行測試，要做到精準的同步是很困難的，物理硬件條件的一致性是第一道門檻。同時，輸出量增加了64倍，就要求存儲速度足夠快，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巨大的工程。”

圖：上海無線通信研究中心基于NI平臺開發(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)與通信重點實驗室主任，同時也是科技部“第五代移動通信系統(tǒng)（5G）前期研究開發(fā)”重大項目總體專家組專家、國家科技重大專項“新一代寬帶無線移動通信網(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，未來是不可預測的，所以一定要用非常靈活的解決方式——就是一個非常強大的硬件平臺加上非常靈活的軟件定義，來共同支撐對未來不可預測的研究支持”。

SDR加持LabVIEW 平臺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，第一個是高帶寬，也即大數(shù)據(jù)量傳輸，速度超過10Gbps；第二個是低延時，主要應(yīng)用于自動駕駛和遠程操控等場景；第三是大連接（大規(guī)模數(shù)據(jù)接入的物聯(lián)網(wǎng)場景）。而這三個方向種很多指標是相互沖突的，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的場景。正是因為SDR架構(gòu)的靈活性和FPGA的開放性，我們的平臺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

實際上，在上述與WiCO的合作中，NI提供的便是平臺化的硬件和LabVIEW軟件。“因為平臺化不可能在某個特定領(lǐng)域做完全的方案。我們并不是一個儀表，而是一個PXI平臺化的平臺。通過楊主任團隊專業(yè)的技術(shù)能力，他們把平臺化的一個硬件修改為非常適合于做信道測量這樣特定的應(yīng)用。可以說，NI提供的是樂高玩具的積木，楊主任團隊則把它打造成一個了‘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靈活性，對“做科研的人來講現(xiàn)在是最需要的”，楊旸強調(diào)說，“我們需要能夠控制的平臺，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化方法來支持各種應(yīng)用測試不光在標準形成過程當中很重要，在標準制定以后也很重要，因為未來必將會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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