5G将颠覆测试过程 SDR平台化方法助力应对各种场景

NI（美国国家仪器公司）在近日的NI Days活动期间发布了《2018 NI趋势展望报告》，其中对2018年工程师将面临的重大挑战进行了探讨。报告显示，5G需要的测试方法与之前的无线技术截然不同，它将颠覆整个测试过程。

虽然3GPP已经宣布将制定5G标准的时间表提前，但是在标准正式确定之前，仍有很多不确定性因素。即使标准确定以后，不光是在物理层，在网络这一层也会有很多新的架构。因此，NI的报告称，进行5G研究最合理的方法是采用以软件为中心的平台化方法。测试和测量解决方案将成为5G商业化周期的关键。

“NI的一大差异点在于我们通过软件定义无线电（SDR）的方式做原型相关的验证，能够通过同样的模块化架构实现未来5G测试，所以你可以很快从原型验证过渡到未来的5G测试，而且都是使用同一套相关的硬件。”NI市场营销总监James Kimery在近日接受C114中国通信网采访时表示，5G要求我们必须以前所未有的方式转变测试方法，而灵活且可配置的平台化方法对于生态系统的发展至关重要。

我们在现场看到，NI在活动期间展出了5G 新空口（NR） sub-6GHz测试系统，可以提供高达1GHz的射频信号收发能力，通过最新的NI射频工具包可以实现5G NR测试需求。同时还NI还展出了5G NR毫米波传输系统。据悉，这是同类型中首款上市的完整收发仪，可发射和接收高达2GHz的实时带宽信号，覆盖不同的毫米波频谱，实现5G系统样机和信道测量功能，能够同时兼容3GPP和Verizon 5G标准。

无线通信基本诉求在5G时代变得非常昂贵

无线通信要求对场景有足够理解，也就是说终端在任何场合都要与基站保持很好的通讯。而众所周知，5G采用了Massive MIMO和毫米波等新技术，这两种技术都使用多天线和波束成型技术，与目前和以往的无线架构有很大的不同。上海无线通信研究中心（以下简称“WiCO”）主任杨旸表示，5G测试要比3G和4G时代难得多，首先是频谱范围从低到高范围很大，其次是天线数量增加了很多，传统的测试方法显然无法应对。因此，无线通信最根本的诉求在5G时代变得非常昂贵。

作为NI从2010年开始的5G射频领先用户计划中第一家国内用户，NI与WiCO于2014年成立了国内首家NI-WiCO 5G联合实验室。通过对NI设备平台和软件进行进一步开发后，目前WiCO已经对6GHz以下所有频段进行了8×8的信道测量，今年底将会拓展到64T64R，测量将涉及沙滩、室内、室外等多种不同的场景。

杨旸表示，“对64T64R进行测试，要做到精准的同步是很困难的，物理硬件条件的一致性是第一道门槛。同时，输出量增加了64倍，就要求存储速度足够快，这也很难做到。这些都是我们做最前沿的5G科研对设备和硬件条件的迫切需求。而NI的专业精神也体现在追求极限性能方面，他们做了很多尝试，从而帮我们完成这样一个巨大的工程。”

图：上海无线通信研究中心基于NI平台开发的毫米波信道探测仪

在采访中我们了解到，杨旸主任不仅是中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员、中科院无线传感网与通信重点实验室主任，同时也是科技部“第五代移动通信系统（5G）前期研究开发”重大项目总体专家组专家、国家科技重大专项“新一代宽带无线移动通信网”总体组专家。作为国内5G研究领域的顶尖专家，他透露到，“我们从很早就领悟到，未来是不可预测的，所以一定要用非常灵活的解决方式——就是一个非常强大的硬件平台加上非常灵活的软件定义，来共同支撑对未来不可预测的研究支持”。

SDR加持LabVIEW 平台化方法犹如乐高积木

在3GPP目前定义的5G三大应用方向中，第一个是高带宽，也即大数据量传输，速度超过10Gbps；第二个是低延时，主要应用于自动驾驶和远程操控等场景；第三是大连接（大规模数据接入的物联网场景）。而这三个方向种很多指标是相互冲突的，比如说，不可能既要求高带宽又要求大连接。

James Kimery介绍到，NI的SDR架构分成三块：首先是射频前端，然后是FPGA，此外还有后端的基带处理。“由于NI的SDR架构使用了FPGA，在FPGA里可以快速地处理相关的数据，所以它适用于大规模数据传输。而且，FPGA本身的处理速度是要比传统的Host上位机快很多。例如，信道测量里原来10s处理的数据可以缩短到150ms，这样就非常适用用于低延时的场景。正是因为SDR架构的灵活性和FPGA的开放性，我们的平台可以打造用于不同场景的应用。”他表示。

图：现场5G 毫米波测试演示

实际上，在上述与WiCO的合作中，NI提供的便是平台化的硬件和LabVIEW软件。“因为平台化不可能在某个特定领域做完全的方案。我们并不是一个仪表，而是一个PXI平台化的平台。通过杨主任团队专业的技术能力，他们把平台化的一个硬件修改为非常适合于做信道测量这样特定的应用。可以说，NI提供的是乐高玩具的积木，杨主任团队则把它打造成一个了‘高速列车’作品。”NI技术市场工程师屠方泽向我们解释道。

这种硬件软件分离的平台灵活性，对“做科研的人来讲现在是最需要的”，杨旸强调说，“我们需要能够控制的平台，如果所有的接口都是死的，我们发挥想象力创造力的空间就很有限。”此外，他表示，采用灵活且可配置的平台化方法来支持各种应用测试不光在标准形成过程当中很重要，在标准制定以后也很重要，因为未来必将会有大量丰富的场景出现，这种灵活的测试方法将非常有助于节省成本。