5G时代,大规模MIMO原型系统又创新世界记录

作者:kenshin

众所周知我们使用的移动通信网路经历了2G、3G、4G时代,可以说可以给我们的生活带来了很大便利,但是随着移动设备的数量和人们所使用的无线数据流量的指数级不断增长,促使开发人员探究新的技术和方法来满足这一日益增长的需求。下一代移动通信网络技术被称为5G时代,它将解决现存的容量限制问题以及一些现有通信系统中存在的挑战,诸如网络的可靠性、覆盖率、能效性和延迟性灯等。

大规模MIMO作为5G技术的一种实现方案,通过在基站收发信机(BTS)上使用大量的天线(超过64根)实现了更大的无线数据流量和连接可靠性。这种方式从根本上改变了现有标准的基站收发信机架构,现有标准只使用了最多8根天线组成的扇形拓扑。通过把无限能量指向到特定用户,辐射功率降低,同时对于其他用户的干扰也降低。目前我国的公司和高校也取得了较大的突破,如东南大学团队实现了Massive MIMO原型验证系统,并实现了高清视频流的流畅传输;中兴通讯公司凭借Pre5G Massive MIMO荣获全球移动“最佳移动技术突破奖”。

今天这里要讲的世界记录是来自布里斯托尔大学(英国)和隆德大学(瑞典)的5G技术研究团队设计的Massive MIMO SDR(软件定义无线电)原型系统,该系统是基于NI公司USRP RIO软件无线电平台,该平台集成了一个2x2 MIMO集成收发器和用于提高基带处理速度的高性能Xilinx Kintex-7 FPGA,通过PCIe 4.0总线接口与系统控制器连接。该原型系统实现了在20MHZ窄频带范围内22个客户端145.6bps/Hz的数据传输速率,打破了该团队两个月前的世界记录(12个客户端79.4bps/Hz的数据传输速率)。

图1 该团队开人者Paul Harris、张思明以及系统原型

图1 该团队开人者Paul Harris、张思明以及系统原型

该原型系统使用了128根天线的MIMO平台阵列,每个模块都集成了Xilinx Kintex-7 325T高性能FPGA,该系统总共包含了68个Kintex-7 FPGA芯片。软件开发使用的是NI公司LabVIEW可视化系统开发工具链,可以详细的管理和监测每一个系统级软件和硬件模块。

图2 该原型系统设计与实现架构图

图2 该原型系统设计与实现架构图

除此之外,该原型系统也获得了很多奖项,如“NI工程最具影响力大奖”、“Xilinx专项大奖”、“最佳工程挑战奖”以及NI公司颁发的“2016年度最佳用户应用大奖”。目前NI工程师正在与该团队展开积极合作,争取更大的技术突破,早日实现全民移动通讯网络5G时代。

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