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NI助力5G毫米波技术发展模块化测试平台

时间:2018-08-30 19:25:50| 来源:| 编辑:笔名| 点击:0次

NI助力5G毫米波技术发展 模块化测试平台灵活应对未来挑战

C114讯 6月21日专稿(艾斯)相信不少人已经感受到,如今,5G已经越来越不再仅止步于一种络概念,而是成为不少电信运营商和设备厂商正在部署和进行试验的对象。

不少电信运营商已将2020年作为其商用5G服务的预期时间点,心急如Verizon甚至宣布计划2017年就要开始5G试商用。同时,来自市场研究公司Ovum的预测数据显示,到2020年5G将占据整体移动市场收入的6%,到2021年占比将增至11%。

然而,实际上,目前5G的定义和技术点尚未正式确定,其中,可能性比较大的5G待选技术包括毫米波大规模MIMO和UDN(超密集组)等。但是,关于5G最重要的三个应用方向沉浸式体验(增长型移动宽带)、万物互联(大规模机器互联通信)和即时行动(超可靠机器互联通信),则已经得到了业界的普遍赞同。

虽然5G的技术点还没有定义,但是关于未来的愿景却已经提了很多。其中就包括着高速数据互联,此前给出的目标是10 Gbps,现在通过毫米波已经可以实现。NI(美国国家仪器公司,National Instruments)中国射频与无线通信市场开发经理姚远在近日的PXI TAC 2016上接受C114中国通信采访时向我们表示。增强型移动宽带(eMBB)由IMT2020定义,提出了超过10Gbps的峰值数据速率目标。但是,在现有的蜂窝接入络中所应用的传统低频段频谱已经接近扩容极限。因此,更高的波段如毫米波,已经成为了非常具有前景的eMBB实现方案。

频谱碎片化短期内仍将存在

尽管ITU在去年11月的世界无线电通信大会(WRC 15)上公布了一些毫米波可行频段,但是全球各大运营商进行5G试验的频段仍然呈现出碎片化的状态。例如,美国Verizon一直在28GHz上进行毫米波试验,而日本NTT DoCoMo和德国电信则选择了在73GHz上进行试验,而在近日召开的第一届全球5G大会上,我国IMT-2020(5G)推进组则确定将6GHz以下的3..6GHz频段定为在中国进行5G试验的频段。

图:拟定用于移动应用的FCC频段

在姚远看来,频谱资源的使用受限于很多因素,包括政策和价格等等。从目前的产业发展来看,NI认为有三个频段最有可能成为5G服务使用的频段:28GHz、39GHz和73GHz。虽然目前来看(毫米波频谱使用)是碎片化的,当然从厂商的角度来讲是要做好准备的,但是从长远来看,未来肯定会有一些业界比较公认的频段,就像LTE频段一样。

就在上个月,NI宣布推出全球第一款用于毫米波(mmWave)的软件无线电(SDR)。这一全新的NI毫米波信号收发系统功能完备,能够以高达2GHz的实时带宽发射和接收信号,覆盖GHz的E-band频谱。那么,面对如此多的毫米波待选频段,NI为何选择了E-band频谱呢?

选择E-band但并非完全押注

谈到E-band频谱的特性时,姚远表示,GHz频段的优势在于,该频段氧衰相对比较少,大约为0.35dB/km,跟现在通常使用的6GHz以下频段0.1dB/km在氧衰特性方面比较相似。另外,E-band提供比较大的空口资源,包括ITU和美国FCC已经定义了一些GHz的频谱划分,带宽划得很大(如73GHz可用的连续带宽大于2GHz),这样大的空口数据带宽对于很多应用都是很有帮助的,比如基站的回传。另外E-band频段本身干扰也比较小,电磁环境较好,它在系统的实现上面的复杂度会相对小一点。同时,E-band频谱频谱价格比较低。

选择E-band作为NI第一个毫米波频率范围,是有多方面考量的。一方面是看好E-band的前景,它的使用可能性比较高

NI助力5G毫米波技术发展模块化测试平台

,被用户接受的程度会高一点。同时,NI与多家大型设备厂商进行合作,我们听取了很多他们的意见。例如,NI与诺基亚在5G方面是一个很很长期的战略合作伙伴关系,选择GHz频率与诺基亚当时选择73.5GHz作为5G通信原型系统也是有关系的。

但是,这样并不意味着NI完全押宝在E-band上了。

图:NI的毫米波原型设计平台

因为NI的毫米波SDR是一个模块化的平台。其优势在于,NI毫米波信号收发系统包含了全新的PXI Express模块,该模块包括全新的 FPGA用户可自定制板卡,超宽带AD/DA板卡,中频变频及LO板卡等。该系统基带软件部分则提供了一个完整的毫米波物理层,包括基于LabVIEW源代码的信道编码,可加快系统开发速度,同时简化许多系统集成任务。研究人员还可结合E-band毫米波前端或其他第三方RF前端配合使用该基带部分,以获得最大灵活性来探索其他毫米波和微波频段。也就是说,基带是一样的,毫米波是可以选的,对于一个公司和企业来讲,他们要保证最大的投资回报比或者说固定资产的保值,模块化系统是一个比较容易实现的方式。

姚远向我们举例说,纽约大学工程学院的Ted Rappaport博士利用一套NI的PXI基带配上不同的射频头,做了三个不同频段的信道测量,包括28GHz、39GHz和73GHz。使用这样一个模块化的软件定义方案,可以给5G科研工作者带来很大的益处。除了资产的保值之外,还以省去很多软件编写的工作。他补充说。

通往5G之路挑战与希望同在

在采访中,姚远一直向我们强调建立毫米波原型的重要性。在一个标准没有被完全确立的时候,我们有很多的想法和技术可能性,这些技术可能性不应该仅仅只是仿真,它应该是一个实际的系统,也就是说我们可以在物理世界里面实现通信的原型。通过这个原型,我们可以看到这个系统距离真正的可商业化系统还有怎样的差距,以及具有怎样的优势,这些都需要通过真正的通信原型去论证。

图:NI中国射频与无线通信市场开发经理姚远

另外他表示,因为5G具有一些跨越式的发展,在这些领域里面需要有仪器来帮助我们做很多测量的工作,这个测量并不是针对5G标准的测量,而是需要进行信道测量、了解信道的模型等等,这些都是需要仪器和仪表来完成的。在这一点上,包括NI在内的主流测试厂商都是比较看重的。NI在原型化方面是领先的,原因在于我们平台的延展性,以及通过软件定义这样的可能性。因为这些都是探索未知事物所需要的工具,灵活性在探索这些未确立的标准时是最为关键的。

通过NI毫米波SDR这样具有超强灵活性的模块化测试平台,可以加速从新原型到系统和产品的过渡,而这对5G技术的发展至关重要。以诺基亚为例,该公司正基于LabVIEW和PXI的解决方案应用于5G现场测试,这些努力预计将会诞生全球第一个现场部署的5G基站。实际上,早在2014年,诺基亚通过NI原型硬件演示了第一个在73GHz下的工作的demo,到了今年年初的MWC 2016上,诺基亚则通过NI毫米波测试平台演示了超过14Gbps的双向无线链路。