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雖然軟件無(wú)線電（Software-Defined Radio, SDR）早已不是什么新鮮概念了，但SDR究竟是什么，它能做什么，基于SDR技術(shù)的實(shí)物具體有哪些，這些問題的答案至今似乎也不是那么顯而易見、人盡皆知。近日，我們會(huì)訪了美國(guó)國(guó)家儀器（National Instruments，簡(jiǎn)稱NI）的兩位專家，他們向我們介紹了NI的SDR平臺(tái)產(chǎn)品，讓我們對(duì)SDR技術(shù)有了更清晰的認(rèn)識(shí)。 Manuel Uhm先生是NI子公司Ettus Research的營(yíng)銷總監(jiān)，還擔(dān)任無(wú)線創(chuàng)新論壇（以前稱為SDR論壇）的首席營(yíng)銷官。無(wú)線創(chuàng)新論壇負(fù)責(zé)美國(guó)軍用無(wú)線電的軟件通信架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)和用于海軍雷達(dá)和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)員之間頻譜共享的CBRS商業(yè)寬帶服務(wù)。屠方澤先生是NI技術(shù)市場(chǎng)工程師，負(fù)責(zé)射頻和無(wú)線業(yè)務(wù)，曾參與過多個(gè)射頻相關(guān)項(xiàng)目，包括128天線大規(guī)模MIMO系統(tǒng)、毫米波系統(tǒng)以及無(wú)線手機(jī)測(cè)試系統(tǒng)。 Uhm先生介紹說，SDR的寬泛定義是：通過軟件來(lái)定義通信物理層的一部分或者全部。按照這個(gè)定義，目前所有的商用基站都是SDR設(shè)備：它們有通用的FPGA，可以對(duì)物理層做相關(guān)的更改。除了基站以外，我們使用的終端也可以理解為軟件定義的無(wú)線電設(shè)備。 具體到NI的SDR產(chǎn)品，基本上都是一些儀器設(shè)備，通常用于通信產(chǎn)品研發(fā)、軍工設(shè)備和產(chǎn)品測(cè)試，從便攜性應(yīng)用的到極強(qiáng)射頻性能的都有覆蓋，如下圖所示。 
我們注意到，這些設(shè)備可歸為兩類。一類是各種USRP平臺(tái)，另一類是VST、VSA和mmWave等射頻儀器平臺(tái)。通過NI軟件定義無(wú)線電平臺(tái)，可以覆蓋包括商業(yè)用戶、通信行業(yè)設(shè)備上、研究機(jī)構(gòu)和院校等不同行業(yè)用戶的需求。 從軟件層面看，USRP平臺(tái)的客戶非常重視產(chǎn)品的開源屬性，他們需要底層代碼，所以此類產(chǎn)品通常運(yùn)行GNU Radio開源開發(fā)工具。相比之下，NI品牌下的產(chǎn)品則通常運(yùn)行LabVIEW，該圖形化軟件讓開發(fā)工作變得更容易。屠方澤先生介紹說，NI是個(gè)平臺(tái)化的廠商，所以會(huì)根據(jù)客戶的需求去選擇不同的軟件工具。由于Ettus Research品牌在開源圈內(nèi)具有很高的認(rèn)知度，所以并購(gòu)后這個(gè)品牌依舊保留。 頻譜共享 Uhm先生介紹說，認(rèn)知無(wú)線電（cognitive radio）是軟件無(wú)線電的一個(gè)重要領(lǐng)域，其典型應(yīng)用是頻譜共享。美國(guó)有一個(gè)CBRS項(xiàng)目，它是Citizens Broadband Radio Service（公民寬帶無(wú)線電服務(wù)）的縮寫。CBRS允許任何人共享美國(guó)海軍目前使用的大量頻譜。美國(guó)軍艦雷達(dá)占用了一些頻譜，但這些頻譜在多數(shù)情況下是閑置的，其利用率很低，因?yàn)椴⒉皇请S時(shí)都有海軍的軍艦出現(xiàn)在海岸線上。今年2月，諾基亞、Alphabet和高通利用這些頻譜測(cè)試了LTE技術(shù)，對(duì)拉斯維加斯的一場(chǎng)汽車?yán)愡M(jìn)行了高清視頻直播。 頻譜共享的前提是基站必須有能力識(shí)別軍用雷達(dá)信號(hào)，在該信號(hào)出現(xiàn)時(shí)通過調(diào)整頻率來(lái)進(jìn)行規(guī)避，這就是認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)。Uhm先生說，未來(lái)的無(wú)線電平臺(tái)一定會(huì)越來(lái)越智能，結(jié)合人工智能的芯片和方案，實(shí)現(xiàn)自主的無(wú)線電傳輸。另一方面，系統(tǒng)測(cè)試也會(huì)越來(lái)越偏重人工智能。在五年、十年后的未來(lái)，目前在固定頻段內(nèi)進(jìn)行傳輸?shù)腖TE、藍(lán)牙、wifi會(huì)通過人工智能的方式不停地變化它需要的頻段，所以測(cè)試方案也會(huì)變得越來(lái)越智能。 USRP平臺(tái)中最新的N310就具備頻譜分享（如CBRS）功能。它可以被分散布置在廣闊的區(qū)域，無(wú)需本地操作，遠(yuǎn)程即可進(jìn)行故障排除，具有高可靠和容錯(cuò)特性。
USRP N310據(jù)稱是目前通道數(shù)量密度最高的SDR產(chǎn)品之一，在一個(gè)0.5U的高度內(nèi)提供4發(fā)4收通道，每個(gè)通道提供高達(dá)100MHz的瞬時(shí)帶寬，并涵蓋10MHz到6GHz的擴(kuò)展頻率范圍。USRP N310采用Xilinx公司的Zynq-7100 SoC進(jìn)行基帶處理，可編程的FPGA滿足實(shí)時(shí)處理和低延遲要求。 5G原型與測(cè)試 前面提到的NI的大帶寬、高性能SDR儀器可用于5G移動(dòng)通信的研究與測(cè)試，包括NI VST、VSA和mmWave等平臺(tái)。軟件方面則以LabVIEW為主要開發(fā)平臺(tái)。屠方澤先生介紹說，很多5G研究項(xiàng)目都采用LabVIEW，這是因?yàn)榭蛻粜枰暾墓ぞ哝湥鳱I已經(jīng)搭好了這個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)，讓用戶能夠快速地將他們的算法進(jìn)行驗(yàn)證，這是LabVIEW最擅長(zhǎng)的。 他說，5G到來(lái)之后，通信協(xié)議變得越來(lái)越多，對(duì)測(cè)試工作提出了新的挑戰(zhàn)。第一是測(cè)試案例的增加，第二是帶寬的需求會(huì)變大，第三個(gè)是對(duì)測(cè)試的時(shí)間要求很高，要讓產(chǎn)品快速進(jìn)入市場(chǎng)。NI密切跟進(jìn)3GPP的協(xié)議，讓產(chǎn)品快速符合3GPP的標(biāo)準(zhǔn)。SDR技術(shù)的應(yīng)用使得這一切成為可能。 屠方澤先生介紹說，NI很早就投入5G技術(shù)的研究，2010年就成立了射頻領(lǐng)先計(jì)劃，與國(guó)內(nèi)外很多用戶開展大規(guī)模MIMO和毫米波系統(tǒng)等研究項(xiàng)目。這些合作伙伴包括國(guó)外的諾基亞、英特爾、Facebook，以及國(guó)內(nèi)的東南大學(xué)、北京郵電大學(xué)等機(jī)構(gòu)。在大規(guī)模MIMO方面，NI與隆德大學(xué)、Intel、東南大學(xué)等合作。在毫米波方面，NI與諾基亞、北京郵電大學(xué)和某些中國(guó)領(lǐng)先的通信廠商合作展開相關(guān)研究。 近期，NI與國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)的芯片廠商、研究機(jī)構(gòu)、終端廠商都有相應(yīng)合作，進(jìn)行5G芯片研發(fā)、芯片測(cè)試和終端測(cè)試工作。例如，NI剛剛與三星合作進(jìn)行了互操作性測(cè)試，與Qorvo合作演示了射頻前端模塊的測(cè)試。Qorvo這個(gè)業(yè)界首個(gè)5G射頻前端模塊QM19000的工作頻率范圍是3.3~4.2GHz，帶寬400MHz，集成了發(fā)送PA和接收LNA。NI的PXI測(cè)試系統(tǒng)則包括PXIe-5840 6.6 GHz VST、PXIe-4139 ±60V/3A SMU和PXIe-6570 數(shù)字模式儀表。該模塊的成功測(cè)試使得5G移動(dòng)通信技術(shù)向商業(yè)化應(yīng)用又邁進(jìn)了一步。
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