《電子技術(shù)應(yīng)用》
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中國5G實(shí)力再加碼 首個(gè)并行多通道信道測試平臺面世

2016-08-08
關(guān)鍵詞: 中國 3G 5G 通道信道

  通過3G、4G的不斷突破,在5G研究上,中國的整體實(shí)力大大增強(qiáng)。日前,記者在上海舉辦的“第三屆中國信息通信測試技術(shù)大會”上,見到了業(yè)界第一個(gè)正式推出的MIMO并行信道采集與信道仿真平臺(目前實(shí)現(xiàn)八通道),借助這個(gè)平臺,業(yè)界能夠?qū)?G關(guān)鍵技術(shù)MIMO的認(rèn)識提升到新的水平。帶著對MIMO并行信道采集平臺研發(fā)難度、作用和目的以及下一步利用計(jì)劃的好奇,記者專訪了研制這一平臺的上海無線通信研究中心主任楊旸。

  為何做并行八通道信道平臺

  業(yè)界對多通道技術(shù)(MIMO)已經(jīng)形成基本共識,與以前大規(guī)模應(yīng)用的單通道、雙通道相比,8通道以上的MIMO技術(shù)對提高頻譜利用率有非常明顯的效果,將是5G規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。

  業(yè)界也在紛紛推出相關(guān)設(shè)備,例如中興已經(jīng)推出64天線的MIMO設(shè)備,并積極推動(dòng)這種MIMO設(shè)備進(jìn)入中國移動(dòng)的4G+網(wǎng)絡(luò);中國移動(dòng)總裁李躍也在6月底的世界移動(dòng)大會 上海展上表示,要在4G網(wǎng)絡(luò)中加快引入像3D-MIMO這樣的5G技術(shù);今年4月份,大唐電信推出的256天線陣列設(shè)備,將MIMO技術(shù)推向新的高度。但與此同時(shí),MIMO的信道模型建立都是通過單通道的仿真模擬出來的,多通道并行時(shí)真實(shí)的信道情況,還沒有實(shí)測過。

  “信道是無線通信的基礎(chǔ),對信道的理解越深,所做的編碼、調(diào)制的效率就越高,會越逼近香農(nóng)定理的理論線,而多通道的通信制式使信道變得十分復(fù)雜。”楊旸說,“5G研究中規(guī)定了許多新的場景,包括高速移動(dòng)的高鐵、地鐵,大型體育場館以及人流密集的集會場所等,這些場景復(fù)雜、具備挑戰(zhàn)性,需要用MIMO支撐可靠的通信,而對多通道信道的理解如果只是通過理論推導(dǎo)而沒有實(shí)測數(shù)據(jù),是無法走向真正商用的,因?yàn)榻K端或者基站設(shè)備要在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)測驗(yàn)證之后,我們對多通道通信信道的理解將提升到新的高度,也才能有信心推到商用中?!?/p>

  平臺搭建中遇到四個(gè)挑戰(zhàn)

  為什么這個(gè)并行八通道的信道測試平臺前后經(jīng)歷了兩年時(shí)間才推出?楊旸告訴記者,該平臺是通過將8個(gè)單通道集成后實(shí)現(xiàn)的,在這兩年中,他們主要解決了四個(gè)挑戰(zhàn)。

  一是多通道校準(zhǔn)的挑戰(zhàn)。與單通道不同,如何保持多通道中每個(gè)通道的一致性是業(yè)界碰到的共同難題。哪怕是同一家公司生產(chǎn)出來的產(chǎn)品,八個(gè)通道之間由于硬件的微小差異,常常導(dǎo)致不同信道的差別,只有將硬件差別產(chǎn)生的信道區(qū)別提前剔除,得到的數(shù)據(jù)才會是空間信道的數(shù)據(jù),所以多通道的校準(zhǔn)是第一個(gè)挑戰(zhàn)。

  二是8通道“接收”、“發(fā)射”兩端同步的挑戰(zhàn)。測試中要保證所有的信號要同時(shí)發(fā)出,在接收端是同時(shí)收到。因?yàn)樘炀€之間的距離是厘米級的,信號傳到的時(shí)間差在100皮秒以內(nèi)。所以只有同步精度低于100皮秒,才能區(qū)分出同樣一個(gè)信號到達(dá)不同天線的時(shí)間,同步精度要求非常高?!拔覀兝酶呔鹊你滅姇r(shí)鐘系統(tǒng)加上自己的同步算法,把精度做到了30皮秒?!睏顣D說,“一般在光通信里需要做到皮秒,在無線通信里只要做到毫秒級就可以了?!?/p>

  三是測試數(shù)據(jù)存儲的挑戰(zhàn)。8通道有8個(gè)發(fā)射端和8個(gè)接收端,每個(gè)發(fā)射端對8個(gè)接收端,形成矩陣式的收發(fā),實(shí)測中會產(chǎn)生64路數(shù)據(jù)。因此64路數(shù)據(jù)的同時(shí)存儲和運(yùn)算量非常大?!拔覀儾捎昧擞?jì)算機(jī)的一個(gè)ZERO COPY的技術(shù),就是零拷貝技術(shù),節(jié)約了存儲時(shí)間,數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)地不經(jīng)過壓縮地現(xiàn)場存儲,這個(gè)數(shù)據(jù)流盤技術(shù)保證現(xiàn)場測出來的數(shù)據(jù)能夠真實(shí)完整地保存?!睏顣D認(rèn)為這很重要,“把數(shù)據(jù)完整地保存下來,這就像拍一張高精度的照片一樣,照片的精度越高,能夠看清的環(huán)境細(xì)節(jié)越多,我們對信道的理解就會越深?!?/p>

  四是矩陣運(yùn)算的挑戰(zhàn)。因?yàn)閺膯瓮ǖ赖?×1變成8通道的8×8,矩陣數(shù)據(jù)使運(yùn)算量大幅飚升,所以需要一個(gè)并行的后處理軟件。“我們與同濟(jì)大學(xué)尹學(xué)峰老師共同開發(fā),把SAGE算法拓展到并行,從原來針對一路,拓展到針對8路,這樣才能把信道之間的相關(guān)性,以及矩陣中隱含的相關(guān)信息提取出來,這比原來單通道測試復(fù)雜,也比原來對多通道系統(tǒng)的理解更深刻?!睏顣D認(rèn)為,就是因?yàn)閷?xì)節(jié)的把握和分析更準(zhǔn)確,業(yè)界可以把多通道的這些優(yōu)勢利用起來,做得更準(zhǔn)確。

  完成多場景測試,開放共享數(shù)據(jù)

  目前設(shè)備商MIMO產(chǎn)品原型已經(jīng)紛紛推出,但在信道建模上一直存在瓶頸,每個(gè)廠家也用不同的方法驗(yàn)證自己的技術(shù),但還沒有人把產(chǎn)品放在真正的環(huán)境下做充分驗(yàn)證。楊旸告訴記者,他計(jì)劃將測量的數(shù)據(jù)向研究界開放,一方面是回饋整個(gè)研究界的支持,二是希望他們對這些數(shù)據(jù)有更多要求和反饋,以便更多地為他們服務(wù)。因?yàn)橹挥袑?shù)據(jù)有更多的要求,數(shù)據(jù)才越有價(jià)值。而且現(xiàn)在只是有了不同場景的測量數(shù)據(jù),但在信道建模以及信道對各種設(shè)備和終端的影響研究上,還要借助國內(nèi)更有優(yōu)勢的企業(yè)一起推進(jìn)。

  “非常好的事情是已經(jīng)有產(chǎn)品原型,接下來要進(jìn)入痛苦的驗(yàn)證、迭代和修正的過程,我們這個(gè)平臺可以把原來企業(yè)需要費(fèi)時(shí)費(fèi)力在不同場景下做測試,再到實(shí)驗(yàn)室修改的流程簡化了?!睏顣D說,“因?yàn)槲覀儠岩呀?jīng)測好的各種場景的數(shù)據(jù)搬回到你的實(shí)驗(yàn)室,使企業(yè)的迭代和驗(yàn)證更加有效率,而那種在測試中發(fā)現(xiàn)問題再撤回設(shè)備的代價(jià)是非常高的,測試在產(chǎn)業(yè)成熟的過程中發(fā)揮重要作用,誰把問題解決在售前,誰今后的麻煩就越小,對產(chǎn)業(yè)的貢獻(xiàn)越大?!?/p>

  據(jù)介紹,目前規(guī)劃做10類場景的測試,未來會向20多類場景的測試,包括商場、機(jī)場、大型體育場館、開放式的大的廣場和沙灘,還有高鐵在時(shí)速200公里到300公里高速移動(dòng)中的信道。還將進(jìn)一步測天氣變化對信道的影響,比如說雨天、晴天等。這些數(shù)據(jù)可以讓科研人員足不出戶,就可以把戶外的各種數(shù)據(jù)拿到,相當(dāng)于已經(jīng)做了外場測試,實(shí)現(xiàn)“室外測試室內(nèi)化”?!拔覀儼咽彝鉁y試的真實(shí)場景搬回到實(shí)驗(yàn)室中,可以回放數(shù)據(jù),這與你拿著設(shè)備和終端在現(xiàn)場走一遍基本是一樣的?!睏顣D說,“如果在路測中發(fā)現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤,研究人員可以不斷地回放來研究這個(gè)錯(cuò)誤的核心原因?!?/p>

  推動(dòng)向高頻和更多通道發(fā)展

  MIMO并行信道采集與信道仿真平臺現(xiàn)在用的頻段在6GHz以下,也是我國5G技術(shù)研究測試當(dāng)前的主力頻段,楊旸表示希望能夠把這個(gè)平臺測試的數(shù)據(jù)和模型推進(jìn)到5G技術(shù)研究測試中。

  未來這個(gè)平臺還會向更多通道和更高頻段拓展。楊旸告訴記者,下一步我們希望把8通道測試拓展到64通道,但目前工作還在做,也沒有成熟的方案。現(xiàn)在的當(dāng)務(wù)之急是要讓業(yè)界利用起來測試所得的數(shù)據(jù),對這些數(shù)據(jù)做分析,使之前所做的工作得到業(yè)界認(rèn)可。然后再分析這些信道的數(shù)據(jù)是否足夠充分去了解多信道?!耙苍S64路和8路沒有太大差別,因?yàn)榉直娴木?xì)度已經(jīng)達(dá)到一定程度了,再分辨也沒有新的秘密發(fā)現(xiàn),但這也與場景有關(guān),下一步是想把我們的能力提升之后再做對比?!睏顣D說。

  楊旸表示,下一步我們也想在頻段上向上擴(kuò)展,達(dá)到28G甚至70多G,最終做到100G以內(nèi)都能覆蓋。目前8通道的平臺已經(jīng)搭好,高頻擴(kuò)展主要是在軟件、時(shí)間精度和數(shù)據(jù)存儲上做能力的提升?!拔覀冊谙蜻@個(gè)方向努力,但再往下做,就需要業(yè)界同仁們來給我們出主意,幫助我們提升平臺能力?!北е粋€(gè)學(xué)者的心態(tài),楊旸對業(yè)界發(fā)出這樣的邀請。


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