NI如何助力5G技术发展

2016年05月09日 13:05    eechina
关键词: 5G技术 , 5G通信 , 5G网络
第五代移动通信技术(5G)的研发工作已经开展了数年。一些国际领先的厂商和机构已经完成了大量的研究工作。虽然5G标准还没有确定下来,但业界已经在某些方面达成了共识。

相对于4G技术,5G将在带宽、延迟和连网设备数量方面得以大幅提升。5G网络将实现10Gbps的吞吐率、1ms的延迟、500km/h的高速移动性和快速网络切换能力。而且,由于物联网的兴起,5G网络将应付更多的联网设备。预计2020年,互连设备的数量将会超过500亿。要应对这些挑战,5G网络将采用以下这些新技术:

1.    毫米波通信。当前6GHz以下的载波频率已经非常拥挤,无法满足更高带宽要求。毫米波段的频率如28GHz、39GHz和71-76GHz频率下的通信成为研究热点。诺基亚的5G网络采用的就是71-76GHz频段。
2.    超密度网络(UDN)。为了实现大带宽,5G网络需要采用高频的毫米波频段。但高频波段的缺点是覆盖范围较小,所以基站密度会较高。高密度基站引发的问题是,重叠的信号之间可能相互干扰,必须想办法加以解决。但是,凡事都有利有弊。重叠的网络如果能被有效利用,网络速度便能得到大幅提升。中兴和华为在UDN方面的研究已经取得很大进展。中兴的Pre5G UDN使用系统频率复用技术,可以在5G网络部署之前有效提升现有LTE网络的速度。
3.    大规模多入多出(MIMO)。为了充分利用现有频谱资源,人们想出一些方法来实现网络容量的最大化,如LTE-A下的多载波聚合技术。在5G时代,大规模MIMO是一个新的方法:该技术可以在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下,采用64个以上的天线成倍地提高系统信道容量。当然,这样复杂的系统面临前所未有的技术挑战,需要研发人员去努力克服。

由于5G移动通信必须采用诸多复杂的新技术,其开发工作需要全球工程师的共同协作(也包括竞争)来完成。全球领先的通信设备厂商(如华为、诺基亚等)为此投入了数以亿计的研发费用,以期在将来获得更多的技术优势和话语权。设计工具和测试仪器厂商同样活跃,他们与通信设备制造商、研究所等机构密切配合,为他们研制最尖端的设计和测试工具,提升他们的研发效率。

在不久前召开的电子设计创新会议(EDI CON China 2016)上,美国国家仪器公司(National Instruments,简称NI)射频和通信部门高级产品市场经理Erik Luther先生和中国射频和无线通信市场经理姚远先生介绍了该公司与5G相关的产品技术和合作项目。

简单来说,NI为5G研发提供开放的图形化的设计工具和模块化、软件定义的测试仪器。

设计工具方面,NI去年推出了NI LabVIEW通信系统设计套件,它提供了一个统一的环境,使得用户能够对处理器和FPGA进行编程。它可在多个SDR系统上运行,因此只需使用一个设计工具就可以定义和管理一个完整的原型解决方案,并迅速将新算法部署到硬件上。

Luther先生介绍说,LabVIEW通信系统设计套件已经被国内外许多厂商和机构采用,如三星公司、上海无线通信研究中心(Wico)和东南大学等。与通用版相比,LabVIEW通信系统设计套件多出了以下三种功能:C和MATLAB语言文本编程、多速率FPGA运算以及LTE和Wi-Fi应用设计套件。

硬件方面,NI提供高度灵活的模块化SDR平台,包括USRP(通用软件无线电外设)、USRP RIO和FlexRIO SDR。这些仪器与LabVIEW通信系统设计套件配合使用,可以加速通信系统的设计、仿真、原型和部署。

实际上,NI在5G技术方面的行动不仅仅限于产品销售,它一直与各大通信厂商以及高校进行深度合作,参与到现场研发过程当中。例如,NI与诺基亚的合作在两年前就已经开始,其NI LabVIEW和PXI模块化仪器在诺基亚的5G网络系统中发挥了重要作用,使诺基亚处于5G研究的前沿位置。不久前,诺基亚网络展示了一套新的5G毫米波系统,该系统能够将空口的传输速率提升到每秒14.5Gb。另外,NI与国内的通信设备厂商如华为、中兴等企业一直保持合作关系,致力于UDN等技术的研发。在大规模MIMO研发方面,NI与东南大学、南京邮电大学合作,开发了国内首个128通道的大规模MIMO系统。

最后,Luther介绍说,NI不仅专注于前沿的通信预研技术,在近距离无线通信技术方面也有很大投入。例如,NI去年收购了一家法国厂商Micropross,该厂商在NFC测试及无线充电领域处于领先地位,曾参与过NFC标准的制订过程。Luther说,Micropross的加入对NI的无线通信测试平台是一个有益的补充,使得NI对成熟通信设备测试的效率和质量水平更具竞争力。


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