“Porcupine” 毫米波探测系统: 15毫秒内展示5G无线信号传输特征

作者:清风流云

背景:
在即将到来的5G时代,由于FCC、3GPP以及其他5G移动网络标准结构都采用毫米波,所以对毫米波传输的掌控将变得举足轻重。通过通道测量技术可以捕获到环境中无限信号是如何被影响的,比如如何受环境中的建筑、树木、汽车甚至是行人的反射和传输阻碍。可见,对于无线传输通道的特征分析在5G无线技术研究中变得十分重要,主要是因为通过分析5G无线传输特征可以对如何布局无线架构以及无线网络设计有很大帮助。此外,AT&T和NI一致认为分析无线信号特征将是AT&T未来5G部署工作中的重要部分,通过无线传输特征分析得到的精确模型将会影响到AT&T如何合理布置网络设备,以便为用户提供更流畅的移动网络服务。

AT&T推出“Porcupine”:
AT&T最近公布了一款称为“Porcupine”的独一无二的5G通道探测器,听音知意,它可以在15毫秒以6000的入射角描绘出一个5G传输通道的传输特征,而使用传统的云台单元则需要15分钟才可以完成。Porcupine的通道测量方式可以捕获到一个既定环境中无线信号是如何被影响的,比如,可以探测到物体比如树木、建筑、汽车、甚至人群是如何反射或阻止5G信号的。在测量中,Porcupine通过驱动测试达到对5G毫米波频段的准确测量,而其他毫米波通道探测器几乎是做不到的。AT&T的工程师还提到,在整个系统的开发中用到了毫米波收发系统和包括国家仪器NI的LabVIEW FPGA的LabVIEW系统设计软件。

图1: AT&A 的“Porcupine”5G通道探测器

图1: AT&A 的“Porcupine”5G通道探测器

在5G R&D项目中,NI设计的毫米波收发器系统提供了一个模块化的可重配置SDR平台,当系统通过NI的发送、接收无线电模块和系统的PXIe处理底盘模块评估毫米波传输时,这个设计平台可以为整个系统提供了高达2GHz的实时带宽。

此外,NI的18槽PXIe-1085 底盘作为整个系统的关键部分,可以接收NI的处理模块比如ADC、DAC和RF收发模块的长列表。而NI的毫米波收发器系统是利用NI的基于Xilinx Virtex-7 485T的 PXIe-7902 FPGA而设计的实时处理模块。

图2:18槽3U PXI Express机箱

图2:18槽3U PXI Express机箱

图3: 基于Xilinx Virtex-7 485T的NI PXIe-7902 FPGA模块

图3: 基于Xilinx Virtex-7 485T的NI PXIe-7902 FPGA模块

在整个系统中,基于Xilinx的Vivado设计套件设计FPGA配置,基于LabVIEW系统设计软件配置不同的软件行为,同时软件配置依赖于硬件配置。另外,由于软件行为配置的不同,NI的毫米波收发系统可以映射不同的毫米波处理任务到多重FPGA上。而分布在NI毫米波收发系统的FPGA片为快速创建并评估5G无线收发系统原型提供了灵活的、高性能的、低延迟的处理效率,正如AT&T的Porcupine设计。

总结:
目前,4G网络的运行已经十分普及,意味着5G无线网络的研究也进入后期,而网络设备的搭建布局往往依赖于无线信号的实际传输特征。此时,Porcupine设计应运而生,而Porcupine的实现FPGA功不可没,Xilinx作为FPGA业界的龙头老大,岂会落后。

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