NI LabVIEW通信系统套件为5G系统原型开发提速

据预测，到2020年全球将有500亿设备连接到移动网络。物联网时代的嵌入式设备将能彼此之间直接传输数据，或将信息发送至服务器和云端。随着4G网络的普及，科研人员已经着手研究能够提供更高速率和容量的5G通信技术。5G传输速率的目标是4G的1000倍，这就意味着通过5G移动网络几秒钟时间就能下载一部高清电影。

为了克服现有频谱的局限，科研人员正开发新技术，在现有频谱上扩大数据传输容量，同时探索其他适用的频谱范围。现阶段，5G技术的研究热点主要集中在大规模多入多出（Massvie MIMO）、密集组网、物理层的增强和毫米波（mmWave）。Massvie MIMO技术通过大幅度增加基站的天线阵列数量来提升频谱利用效率；密集组网和混合组网可实现5G网络对于网络容量提升1000倍的要求；通过优化信号物理层结构，诸如对NOMA、GFDM、FBMC以及UFMC等新的波形进行研究，能够提升带内利用效率；同时，科研人员对毫米波段进行研究，希望利用其广阔的频谱资源进行超大带宽通信。

在当前的5G通信系统设计过程中，原型验证与实际环境仿真测试成为非常关键的工具。但是，通常软件无线电架构会包含一个通用处理器模块以及FPGA实时处理模块，这需要不同的编程技巧和技术能力。此外，整个设计流程太过于碎片化。如果使用目前业内现有的工具，通常需要几个月甚至几年时间才能完成设计。因此，开发一个5G仿真测试台，在一个完整的、可协同工作的系统中测试相关算法至关重要。美国国家仪器公司（NI）最新推出的LabVIEW通信系统设计套件正满足了开发5G原型系统的需要。

 
图：LabVIEW通信系统设计套件

日前，NI在2015第三届电子设计创新会议上展示了这款结合软件无线电硬件和全方位软件设计流程的LabVIEW通信系统设计套件。NI射频、通信和软件无线电市场总监James Kimery表示：“不断进步的5G技术给我们带来了巨大的机遇与挑战，NI始终在设计、原型开发、射频测试和通信系统领域保持着全球领先的地位。LabVIEW通信系统设计套件的出现将颠覆性的改变软件无线电原型的开发方法，大幅缩短开发时间、最大程度的提高工作效率。”事实证明，通过LabVIEW所搭建的平台环境，Nokia成功的将网速提升至每秒10GB，比现在的4G网络要快40倍，同时该案例也最早实现了毫米级研发能力，这一网络能以73GHz的频率发送数据，实现了业界已经过测试的最快蜂窝技术。

 
图：NI射频产品研发主要负责人

NI与瑞典隆德大学（LUND）合作开发了拥有100多条电线的大规模MIMO测试台，这是5G开发应用中首个基于商用平台达到该量级和复杂度的测试台，成功解决了下一代通信系统将面临的容量和能源问题。在此次展会上，NI也展出了这一重要成果。

 
图：NI与瑞典隆德大学合作开发的100多条天线大规模MIMO测试台

不单为5G原型系统开发提速，LabVIEW通信系统套件还包含了WiFi和LTE的内置应用程序框架，使工程师能够专心开发针对现有标准的创新组件，无需从头开始设计算法。

 
图：采用NI LabVIEW通信系统设计套件LTE应用框架传输视频

我国5G通信的进展如何呢？到2014年底，科技部已经投入了约三亿元人民币，先期启动了国家863计划第五代移动通信系统重大研发项目，吸引了50多家研发企业、研究所、大学共同参与。据NI中国射频与无线通信市场开发经理姚远介绍，NI的5G领先客户计划在中国也已经开展起来，同本地的科研机构、运营商和设备厂商展开了密切的合作。例如，NI与东南大学合作开发了128天线的大规模MIMO测试台。去年5月，NI与上海无线通信研究中心合作建立 “WiCO-NI无线通信联合实验室”，共同致力于5G通信系统的研究。包括大规模MIMO系统等在内的5G关键技术的科研项目将在该中心展开，这对国内的5G研究具有重要意义。

正如NI资深产品营销经理David A. Hall所说“NI的模块化软件模型将帮助工程师在一台测试设备上完成多个复杂的测试挑战，并将这种基于平台的解决方案搭配软件应用于广泛领域的设计作业，为前沿科技人员提供了灵活的创新解决方案。”我们期待更多的工程师能采用NI LabVIEW通信系统套件，为5G通信系统原型开发提速。