都說2020年是5G商用元年。而在剛剛過去的2016年裏，HUAWEI
、Nokia、Ericsson、Qualcomm、AT&T、Optus、CMCC等設備商與運營商積極合作測試5G，早已蠢蠢欲動

；ITU也很及時地公布了5G時間表等重要消息，憧憬萬物互聯應用巨大市場的業界對5G可說更是期待萬分。

而業內公認2018年5G將確立統一標準，這之前將是一場大角力。“在現階段原型化在5G的標準推進過程中是非常重要的一個步驟
，可以推動5G從概念到落地實現！”NI中國區市場開發經理姚遠先生在不久前召開的第六屆EEVIA年度中國ICT媒體論壇暨2017產業和技術展望研討會上這樣說道。他從SDR原型挑戰入手，同時結合5G的高帶寬
、爆炸性萬物互連測量需求以及任務關鍵性應用場景的極低時延Timing要求，詳細闡述了5G測試趨勢和最先進的平台化方案。

圖1：NI中國區市場開發經理姚遠EEVIA年度論壇發表演講。

如何克服開發語言多樣化的原型階段障礙

軟件定義無線電SDR（Software Defined Radio）是目前進行原型化的重要手段，IEEE對SDR技術的定義是“部分或者全部物理層功能通過軟件定義完成”，簡易框圖如下圖所示。右側的射頻硬件部分，由於集成度、頻率範圍、可調帶寬以及功耗等方麵的局限性，在過去是一個瓶頸。但近幾年
，一些頂尖廠商推出了高集成度、高頻率範圍和高通道帶寬的標準化可編程射頻收發器產品
，在很大程度上解決了這個問題。所以，存在於CPU
、GPP、DSP、FPGA中待開發的下圖左側軟件部分，其重要性也愈發顯現出來。

圖2：軟件定義無線電架構。

但對許多開發者而言
，在SDR係統中
，利用軟件代碼去定義硬件前端是一個首要的挑戰。因為可供選擇的開發語言種類眾多、標準不一。Matlab
、C

、C++
、Assembly、VHDL、Verilog等眾多開發語言都可以應用在5G、SDR等開發場景與技術構想中。最後實現5Gxitongdeguochengzhong，bingbuxianyumouyizhongyuyankaifa。kaifazheyukeyangongzuozhelangfeiledaliangbaoguideshijianzaixuexibutongdekaifayuyanyukaifagongjushang，zhexianranbushiyigegaoxiaolvdezuofa。muqian
，NI可提供一整套完整的實現SDR原型化的工具係列
，包含LabVIEW在內的開發工具，提供LTE、WiFi及物理層的一些開源源代碼

，開發者可在此基礎上利用，這一優勢毋庸置疑。

圖3：NI可提供完整的無線快速原型化的革命性平台工具。

搭一個應對5G高頻高帶寬的高精度超級儀器！

如前邊提及到的，很多設備廠商在測試5G，比如Nokia在2014年就使用NI LabVIEW和PXI基帶模塊來開發實驗用的5G概念驗證係統。後續也利用NI的毫米波信號收發器係統，開發了第一代10Gbps可處理流數據的毫米波通信鏈路。姚遠在演講中
，介紹了Nokia在幾個重要場合展示的基於NI平台方案的5G峰值速率等測試。

圖4：Nokia與NI合作進行的5G峰值速率等測試

同樣是使用73GHz頻段的信號，Nokia在2014年的測試展示中，通過one-by-one的單入單出架構
，采用16QAM的調製方式，在1GHz的帶寬中實現了2.3Gbps的峰值速率。而在2015年和2016年的實驗中
，通過MIMO的二乘二架構
，或采用更複雜的64QAM調製方式，分別實現了10Gbps和14.5Gbps的峰值速率。請注意，這是傳輸碼元的速率。單論峰值速率這一點
，已經達到了5G的標準。

速率的突破是5G勢如破竹的利劍

，而高效精確的測試測量方案則是5G保駕護航的盾牌！對於科研工作者而言，如何去測試這些高頻率範圍、高通道帶寬的通訊信號呢？NI公司推出的矢量信號收發儀（VST）是這一方麵的先驅者產品。早在5年前，NI第一次在中國地區發布了第一版的矢量信號收發儀，作為NI曆史上最成功的硬件產品之一，結合了RF生成器、RF分析儀、數字I/O以及可使用LabVIEW編程的Xilinx FPGA。

圖5：NI的第二代VST(矢量信號收發儀)。

VST 2.0將Xilinx FPGA升級為Virtex-7，具有1GHz的及時帶寬，可用於高級數字預失真（DPD）測試和雷達
、LTE-Advanced Pro和5G等高寬帶信號；其高測量精度，該儀器的誤差矢量幅度（EVM）可以達到-50dB。用戶可以進行軟件自定義是其重要核心。因為NI LabVIEW FPGA模塊擴展了LabVIEW係統設計軟件，以便在可重配置I/O硬件上應用FPGA，NI的VST正是其中之一。

“而我們知道LabVIEW能夠清楚表現並行架構和數據流的優勢
，使其非常適用於FPGA程序的編寫。甚至你腦洞大開
，嚐試把四塊VST拚在一起
，你將會看到一個超過3.5GHz帶寬的超級儀器！“姚遠指出。

圖6：四塊VST拚在一起的超過3.5GHz帶寬的超級儀器。

平台化測量解決方案應對IoT時代海量聯網設備

在本屆EEVIA年度論壇上，NI的姚遠引用Gartner在早前的報告中指出，到2020年，接入互聯網的設備數量將超過500億。在物聯網的應用場景中
，500億設備都需聯網與測量
；采(cai)用(yong)低(di)效(xiao)率(lv)的(de)一(yi)對(dui)一(yi)測(ce)量(liang)方(fang)式(shi)顯(xian)然(ran)是(shi)無(wu)法(fa)滿(man)足(zu)需(xu)求(qiu)的(de)。而(er)物(wu)聯(lian)網(wang)的(de)場(chang)景(jing)中(zhong)
，對(dui)數(shu)據(ju)的(de)采(cai)集(ji)與(yu)分(fen)析(xi)又(you)是(shi)不(bu)可(ke)或(huo)缺(que)的(de)。如(ru)何(he)在(zai)需(xu)求(qiu)與(yu)效(xiao)率(lv)中(zhong)尋(xun)求(qiu)平(ping)衡(heng)
，實(shi)現(xian)大(da)範(fan)圍(wei)的(de)高(gao)精(jing)度(du)測(ce)量(liang)，將(jiang)是(shi)物(wu)聯(lian)網(wang)場(chang)景(jing)中(zhong)不(bu)可(ke)繞(rao)過(guo)的(de)挑(tiao)戰(zhan)！

他說：“舉一個簡單的例子
，Google收購的Nest公司最為人們熟知的產品是恒溫器，在下圖中，我們可以看到Nest恒溫器的內部結構，從右往左看，分別有各種各樣的Sensor、OFN模塊、電池、ZigBee、藍牙、WiFi模塊等部分。它還肩負了一些其他功能,如煙霧探測器支持IFTTT（功能），在zai探tan測ce到dao有you害hai煙yan霧wu之zhi後hou向xiang用yong戶hu的de鄰lin居ju發fa送song一yi條tiao求qiu救jiu短duan信xin。或huo者zhe與yu家jia裏li的de空kong調tiao和he加jia濕shi器qi連lian接jie

，聯lian合he控kong製zhi這zhe些xie家jia居ju設she備bei的de開kai關guan。又you或huo者zhe通tong過guoWiFi網絡連接LIFX智能燈泡
，再由Nest設she備bei來lai判pan斷duan用yong戶hu的de狀zhuang態tai進jin而er調tiao節jie亮liang度du等deng等deng。它ta的de角jiao色se更geng像xiang智zhi能neng家jia居ju的de大da腦nao，兼jian顧gu處chu理li著zhe多duo種zhong數shu據ju，而er這zhe一yi切qie都dou是shi無wu線xian連lian接jie的de。不bu難nan想xiang象xiang
，未wei來lai我wo們men麵mian對dui這zhe樣yang的de無wu線xian場chang景jing將jiang是shi“家常便飯”。所以問題來了

，麵對這樣複雜的多路通訊，怎麼去高效地測量這些信號呢？NI公司基於PXI平台的模塊化儀器係統為此提供了一種“打破常規”的解決思路。

圖7：NI提供測試智能設備的標準平台.

“絕(jue)大(da)多(duo)數(shu)的(de)傳(chuan)統(tong)儀(yi)器(qi)都(dou)是(shi)單(dan)通(tong)道(dao)矢(shi)量(liang)信(xin)號(hao)發(fa)射(she)或(huo)者(zhe)分(fen)析(xi)，少(shao)數(shu)儀(yi)器(qi)可(ke)以(yi)擴(kuo)展(zhan)成(cheng)雙(shuang)通(tong)道(dao)矢(shi)量(liang)信(xin)號(hao)分(fen)析(xi)，也(ye)都(dou)是(shi)獨(du)立(li)射(she)頻(pin)信(xin)道(dao)
，理(li)論(lun)上(shang)無(wu)異(yi)於(yu)使(shi)用(yong)兩(liang)台(tai)獨(du)立(li)的(de)台(tai)式(shi)儀(yi)器(qi)。使(shi)用(yong)獨(du)立(li)的(de)傳(chuan)統(tong)儀(yi)器(qi)進(jin)行(xing)MIMO測(ce)試(shi)，遇(yu)到(dao)的(de)最(zui)大(da)困(kun)難(nan)是(shi)，如(ru)何(he)讓(rang)各(ge)個(ge)射(she)頻(pin)通(tong)道(dao)進(jin)行(xing)同(tong)步(bu)相(xiang)幹(gan)采(cai)集(ji)，並(bing)針(zhen)對(dui)原(yuan)始(shi)信(xin)號(hao)做(zuo)有(you)效(xiao)解(jie)調(tiao)及(ji)分(fen)析(xi)。傳(chuan)統(tong)台(tai)式(shi)儀(yi)器(qi)通(tong)常(chang)是(shi)依(yi)靠(kao)共(gong)享(xiang)同(tong)一(yi)參(can)考(kao)時(shi)鍾(zhong)的(de)方(fang)式(shi)來(lai)進(jin)行(xing)同(tong)步(bu)
，其(qi)相(xiang)位(wei)精(jing)度(du)很(hen)難(nan)得(de)到(dao)保(bao)證(zheng)。這(zhe)時(shi)，基(ji)於(yu)PXI平台的模塊化儀器的優勢就顯現出來，由於模塊化儀器其本振，上/下變頻器
，數字化儀以及任意波形發生器是分開的，我們可以很容易的將同一個本振信號共享給多個上/下變頻器，獲得一個更加精準的相位相幹多路信號
，或者針對MIMO係統的輸出射頻信號進行分析。“姚遠闡述道。

一方麵，在成本與體積上，PXI平台使用現成可用技術的優勢顯而易見；另一方麵，這是一種軟件定義的模塊化解決方案，其具有非常強大的靈活性與可擴展性
，不斷支持演進的通信標準。如圖中的NI標準化測試儀器，模塊化使其能夠實現如VST用於測量WiFi、ZigBee
、藍牙等信號，SMU用於測量電池，DAQ則用於測量各種各樣的Sensor，再搭配LabVIEW圖像化編程的優勢，這在測量上無疑是具有突破性的。

無人駕駛等任務關鍵型應用的極低時延仿真探討

除了帶寬之外，Timing時延對未來很多前景應用也非常重要。尤其是在無人駕駛、遠程醫療這些任務關鍵型的應用，對於延遲和穩定性有非常高的要求。如無人駕駛，需要分辨人和樹。緊急情況下，車可以選擇撞樹、但dan絕jue對dui不bu能neng去qu撞zhuang人ren。那na麼me在zai開kai發fa過guo程cheng中zhong怎zen麼me模mo擬ni場chang景jing，怎zen麼me將jiang場chang景jing快kuai速su地di進jin行xing仿fang真zhen，就jiu需xu要yao有you係xi統tong性xing的de解jie決jue辦ban法fa，可ke以yi使shi用yong不bu同tong技ji術shu來lai實shi現xian。

圖8：兼顧低時延與靈活性的技術選擇。

“如圖8中最上邊的納秒級別的Backplane同步技術，精確、時延低，但靈活性不高；又比如用於開發的LabVIEW軟件，其內部的數據結構，特點是較高的延遲，卻有很好的靈活性。我們需要針對不同的Timing場景，選擇利用不同的技術。”姚遠指出。

後記

測試測量的模塊化架構最早由NI提出

，其在這一領域也有超過10年的積累。產品的豐富性、多樣性、以及與軟件無縫結合的特點都是其強大的優勢。無論如何，在IMT-2020（5G）推進組的組織下，5G研發與測試正在按照規劃的時間周期進行中，相信在2020年的奧運會上，5G就會綻放耀眼的光彩！