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解读5G NR的关键挑战

恒达平台 娱乐 2019-10-17 52 0

无线通信的需求已在多个行业中带来了挑战

概述

 

随着我们技术的发展,它变得越来越困难,更难,解决多个行业中多个问题的解决方案将变得更加必要。 5G竞赛对无线研究人员,硬件制造商和运营商提出了挑战,要求他们评估下一代通信技术可用的工具。

4G LTE的物理层和先前的标准正在被推向新的极限,包括集成MIMO技术;然后转到mmWave,并在协议之间使用非许可频段共存,但是物理层不再是唯一的难题。

随着跨多层标准变得越来越复杂和严格,这需要开发MAC,数据链路和网络层。时间需求开始收紧,延迟成为一个更大的问题。对单个节点的内部处理的需求已经开始扩大,远远超出了以前的专用集成电路(ASIC)所能满足的范围。此外,系统的可部署性和规模正在增长。对远程无线应用的需求不断增长,在这些应用中,基站可以从单个天线系统演变为跨城市的远程节点。对无线通信的需求给行业带来了许多高级挑战。

决策协议的挑战

5G新无线电(5G NR)和其他应用程序引入了时间限制,这些时间限制使处理器与RF前端之间的关系成为可能。比以前的LTE或802.11通信协议更关键。
超可靠的机器类型通信要求以更高的确定性和更精确的时间间隔执行上层功能,从而迫使诸如调度程序之类的技术更具确定性。由于接入点通过触发帧和基于触发的物理层协议数据单元(PPDU)动态确定通道模型,因此使得新的802.11标准(例如802.11ax)依赖严格的时序要求。所有这些交互都必须在严格的16us时间要求下进行,否则通信将中断。随着越来越多的智能通过MAC为PHY层提供信息,这将使使用个人计算机的严格时间安排不再那么严格。必须使用诸如实时OS和FPGA之类的技术来处理这些低于1毫秒的时序要求。

理中的挑战

在提高处理能力方面始终存在困难,例如处理单元的移动性以及数据从处理资源到处理资源的转换。管道和配置灵活性。随着MAC层[1]功能的复杂开发,再加上对软件定义网络的关注以及更复杂的调度程序,对时间精确的处理和并行计算的需求也将不断增长。

我们专门研究了软件定义的网络案例。对于软件定义的通信网络的复杂需求,任何节点都可能需要在短时间内重新配置其功能。将单个节点与处理能力集成在一起以处理这些决策任务,要求收发器扩展到RF之外。
RF节点可能需要具有处理来自中央处理点的调度程序的决策的能力,或运行其自己的决策引擎的能力,这两者都需要超越典型ASIC的处理改进。

但是,原始处理能力还不够。随着对环境仿真的需求的增长,从通道,基站或用户设备的角度来看,处理器与电路之间的等待时间必须越来越低。集成了异构处理器架构(GPP,GPU,FPGA等)的任何应用程序都需要通过高速串行接口以低延迟和宽数据带宽进行数据传输。

网络多样化——远程无线电磁头和设备增加了设备通信的网络复杂性

规模的挑战

是否来自从现成设备或从设备中使用的硅的趋势来看,这种技术不仅在缩小,而且还在改变现有规模。多路径部署的无线电节点可以代替原始基站,并成为5G及更高网络的新基础架构。这带来了一套全新的要求,包括服务基础结构和软件更新的远程实施。

但是,这些更改不仅影响运营商。这就要求无线通信研究人员走出实验室,进入现实世界的实验领域。这项技术将不再在实验室级别得到证明,并且多家大学,运营商和供应商正在合作在城市中部署测试平台,以在现实环境中演示物理,数据和网络层的新层。特征。
这些用于远程校园项目的现场试验和无障碍维护的硬件将带来新的问题。

独立运行的USRP-2974

在过去十年中,USRP(通用软件无线电外围设备)解决方案一直是工业和学术软件定义无线电(SDR)技术的基准。

USRP-2974是NI第一个独立的SDR,也是NI第一个使用LabVIEW软件,LabVIEW FPGA模块和LabVIEW Real-Time模块的USRP。集成。在一个设备中。 USRP-2974基于LabVIEW可重配置I/O(RIO)架构,并带有运行NI Linux实时操作系统的板载Intel Core i7处理器。 USRP-2974是独立的USRP软件无线电,这意味着您可以使用LabVIEW Communications System Design Suite在板载处理器上执行处理。 USRP-2974器件配备了GPS10 MHz烤箱晶体振荡器(OCXO)参考时钟。该设备适合于一系列高级研究应用的原型,包括独立的LTE或802.11设备仿真。媒体访问控制(MAC)算法开发;多输入多输出(MIMO);异构网络; LTE中继;射频压缩采样;频谱感应;认知无线电波束成形和方向寻找。

它是围绕现有USRP硬件解决方案设计的,但现在集成了x86处理器,以通过高速PCI Express和以太网连接连接到USRP,以实现x86和FPGA目标之间的数据流。

将x86处理器集成到SDR设计中可带来许多好处。
首先,LabVIEW Real-Time可编程处理器是测试调度算法的理想目标。它允许对处理器进行优先级划分和确定性操作,然后将其发送给FPGA,FPGA进而可以处理物理层RF信号。其次,由于可以在设备上处理数据,因此每个无线节点都可以运行其他计算,这超出了以前仅在FPGA上执行的计算量。最后,通过以太网连接到开发机,可以使用重复的或唯一的代码库在闪存中部署任意数量的USRP-2974设备,以改善单个模块级别或大型测试台上的系统和代码管理。

USRP-2974打开了以前受传统SDR限制的新研究和高级用例的大门。使系统更具可伸缩性且易于管理。 USRP-2974具有高性能,甚至可以应对最复杂的通信挑战。

[1] MAC(媒体访问控制)子层定义了如何在媒体上传输数据包。在共享相同带宽的链路中,对连接介质的访问是“先到先得”。在此定义物理寻址,在此还定义逻辑拓扑(信号通过物理拓扑的路径)。线路控制,错误通知(未更正),帧传递顺序和可选流控制也在此子层上实现。

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