NI解读5G产业测试趋势，平台化方案有效应对研发挑战

都说2020年是5G商用元年。而在刚刚过去的2016年里，HUAWEI、Nokia、Ericsson、Qualcomm、AT&T、Optus、CMCC等设备商与运营商积极合作测试5G，早已蠢蠢欲动；ITU也很及时地公布了5G时间表等重要消息，憧憬万物互联应用巨大市场的业界对5G可说更是期待万分。

而业内公认2018年5G将确立统一标准，这之前将是一场大角力。"在现阶段原型化在5G的标准推进过程中是非常重要的一个步骤，可以推动5G从概念到落地实现！"NI中国区市场开发经理姚远先生在不久前召开的第六届EEVIA年度中国ICT媒体论坛暨2017产业和技术展望研讨会上这样说道。他从SDR原型挑战入手，同时结合5G的高带宽、爆炸性万物互连测量需求以及任务关键性应用场景的极低时延Timing要求，详细阐述了5G测试趋势和最先进的平台化方案。

图1：NI中国区市场开发经理姚远EEVIA年度论坛发表演讲。

如何克服开发语言多样化的原型阶段障碍
软件定义无线电SDR（Software Defined Radio）是目前进行原型化的重要手段，IEEE对SDR技术的定义是"部分或者全部物理层功能通过软件定义完成"，简易框图如下图所示。右侧的射频硬件部分，由于集成度、频率范围、可调带宽以及功耗等方面的局限性，在过去是一个瓶颈。但近几年，一些顶尖厂商推出了高集成度、高频率范围和高通道带宽的标准化可编程射频收发器产品，在很大程度上解决了这个问题。所以，存在于CPU、GPP、DSP、FPGA中待开发的下图左侧软件部分，其重要性也愈发显现出来。

图2：软件定义无线电架构。

但对许多开发者而言，在SDR系统中，利用软件代码去定义硬件前端是一个首要的挑战。因为可供选择的开发语言种类众多、标准不一。Matlab、C、C++、Assembly、VHDL、Verilog等众多开发语言都可以应用在5G、SDR等开发场景与技术构想中。最后实现5G系统的过程中，并不限于某一种语言开发。开发者与科研工作者浪费了大量宝贵的时间在学习不同的开发语言与开发工具上，这显然不是一个高效率的做法。目前，NI可提供一整套完整的实现SDR原型化的工具系列，包含LabVIEW在内的开发工具，提供LTE、WiFi及物理层的一些开源源代码，开发者可在此基础上利用，这一优势毋庸置疑。

图3：NI可提供完整的无线快速原型化的革命性平台工具。

搭一个应对5G高频高带宽的高精度超级仪器！
如前边提及到的，很多设备厂商在测试5G，比如Nokia在2014年就使用NI LabVIEW和PXI基带模块来开发实验用的5G概念验证系统。后续也利用NI的毫米波信号收发器系统，开发了第一代10Gbps可处理流数据的毫米波通信链路。姚远在演讲中，介绍了Nokia在几个重要场合展示的基于NI平台方案的5G峰值速率等测试。

图4：Nokia与NI合作进行的5G峰值速率等测试

同样是使用73GHz频段的信号，Nokia在2014年的测试展示中，通过one-by-one的单入单出架构，采用16QAM的调制方式，在1GHz的带宽中实现了2.3Gbps的峰值速率。而在2015年和2016年的实验中，通过MIMO的二乘二架构，或采用更复杂的64QAM调制方式，分别实现了10Gbps和14.5Gbps的峰值速率。请注意，这是传输码元的速率。单论峰值速率这一点，已经达到了5G的标准。

速率的突破是5G势如破竹的利剑，而高效精确的测试测量方案则是5G保驾护航的盾牌！对于科研工作者而言，如何去测试这些高频率范围、高通道带宽的通讯信号呢？NI公司推出的矢量信号收发仪（VST）是这一方面的先驱者产品。早在5年前，NI第一次在中国地区发布了第一版的矢量信号收发仪，作为NI历史上最成功的硬件产品之一，结合了RF生成器、RF分析仪、数字I/O以及可使用LabVIEW编程的Xilinx FPGA。

图5：NI的第二代VST(矢量信号收发仪)。

VST 2.0将Xilinx FPGA升级为Virtex-7，具有1GHz的及时带宽，可用于高级数字预失真（DPD）测试和雷达、LTE-Advanced Pro和5G等高宽带信号；其高测量精度，该仪器的误差矢量幅度（EVM）可以达到-50dB。用户可以进行软件自定义是其重要核心。因为NI LabVIEW FPGA模块扩展了LabVIEW系统设计软件，以便在可重配置I/O硬件上应用FPGA，NI的VST正是其中之一。

"而我们知道LabVIEW能够清楚表现并行架构和数据流的优势，使其非常适用于FPGA程序的编写。甚至你脑洞大开，尝试把四块VST拼在一起，你将会看到一个超过3.5GHz带宽的超级仪器！"姚远指出。

图6：四块VST拼在一起的超过3.5GHz带宽的超级仪器。

平台化测量解决方案应对IoT时代海量联网设备
在本届EEVIA年度论坛上，NI的姚远引用Gartner在早前的报告中指出，到2020年，接入互联网的设备数量将超过500亿。在物联网的应用场景中，500亿设备都需联网与测量；采用低效率的一对一测量方式显然是无法满足需求的。而物联网的场景中，对数据的采集与分析又是不可或缺的。如何在需求与效率中寻求平衡，实现大范围的高精度测量，将是物联网场景中不可绕过的挑战！