中國5G實(shí)力再加碼 首個(gè)并行多通道信道測試平臺面世

　　通過(guò)3G、4G的不斷突破，在5G研究上，中國的整體實(shí)力大大增強。日前，記者在上海舉辦的“第三屆中國信息通信測試技術(shù)大會(huì )”上，見(jiàn)到了業(yè)界第一個(gè)正式推出的MIMO并行信道采集與信道仿真平臺(目前實(shí)現八通道)，借助這個(gè)平臺，業(yè)界能夠對5G關(guān)鍵技術(shù)MIMO的認識提升到新的水平。帶著(zhù)對MIMO并行信道采集平臺研發(fā)難度、作用和目的以及下一步利用計劃的好奇，記者專(zhuān)訪(fǎng)了研制這一平臺的上海無(wú)線(xiàn)通信研究中心主任楊旸。

　　為何做并行八通道信道平臺

　　業(yè)界對多通道技術(shù)(MIMO)已經(jīng)形成基本共識，與以前大規模應用的單通道、雙通道相比，8通道以上的MIMO技術(shù)對提高頻譜利用率有非常明顯的效果，將是5G規模應用的關(guān)鍵技術(shù)。

　　業(yè)界也在紛紛推出相關(guān)設備，例如中興已經(jīng)推出64天線(xiàn)的MIMO設備，并積極推動(dòng)這種MIMO設備進(jìn)入中國移動(dòng)的4G+網(wǎng)絡(luò );中國移動(dòng)總裁李躍也在6月底的世界移動(dòng)大會(huì )上海展上表示，要在4G網(wǎng)絡(luò )中加快引入像3D-MIMO這樣的5G技術(shù);今年4月份，大唐電信推出的256天線(xiàn)陣列設備，將MIMO技術(shù)推向新的高度。但與此同時(shí)，MIMO的信道模型建立都是通過(guò)單通道的仿真模擬出來(lái)的，多通道并行時(shí)真實(shí)的信道情況，還沒(méi)有實(shí)測過(guò)。

　　“信道是無(wú)線(xiàn)通信的基礎，對信道的理解越深，所做的編碼、調制的效率就越高，會(huì )越逼近香農定理的理論線(xiàn)，而多通道的通信制式使信道變得十分復雜。”楊旸說(shuō)，“5G研究中規定了許多新的場(chǎng)景，包括高速移動(dòng)的高鐵、地鐵，大型體育場(chǎng)館以及人流密集的集會(huì )場(chǎng)所等，這些場(chǎng)景復雜、具備挑戰性，需要用MIMO支撐可靠的通信，而對多通道信道的理解如果只是通過(guò)理論推導而沒(méi)有實(shí)測數據，是無(wú)法走向真正商用的，因為終端或者基站設備要在實(shí)驗中進(jìn)行驗證，實(shí)測驗證之后，我們對多通道通信信道的理解將提升到新的高度，也才能有信心推到商用中。”

　　平臺搭建中遇到四個(gè)挑戰

　　為什么這個(gè)并行八通道的信道測試平臺前后經(jīng)歷了兩年時(shí)間才推出?楊旸告訴記者，該平臺是通過(guò)將8個(gè)單通道集成后實(shí)現的，在這兩年中，他們主要解決了四個(gè)挑戰。

　　一是多通道校準的挑戰。與單通道不同，如何保持多通道中每個(gè)通道的一致性是業(yè)界碰到的共同難題。哪怕是同一家公司生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品，八個(gè)通道之間由于硬件的微小差異，常常導致不同信道的差別，只有將硬件差別產(chǎn)生的信道區別提前剔除，得到的數據才會(huì )是空間信道的數據，所以多通道的校準是第一個(gè)挑戰。

　　二是8通道“接收”、“發(fā)射”兩端同步的挑戰。測試中要保證所有的信號要同時(shí)發(fā)出，在接收端是同時(shí)收到。因為天線(xiàn)之間的距離是厘米級的，信號傳到的時(shí)間差在100皮秒以?xún)?。所以只有同步精度低?00皮秒，才能區分出同樣一個(gè)信號到達不同天線(xiàn)的時(shí)間，同步精度要求非常高。“我們利用高精度的銣鐘時(shí)鐘系統加上自己的同步算法，把精度做到了30皮秒。”楊旸說(shuō)，“一般在光通信里需要做到皮秒，在無(wú)線(xiàn)通信里只要做到毫秒級就可以了。”

　　三是測試數據存儲的挑戰。8通道有8個(gè)發(fā)射端和8個(gè)接收端，每個(gè)發(fā)射端對8個(gè)接收端，形成矩陣式的收發(fā)，實(shí)測中會(huì )產(chǎn)生64路數據。因此64路數據的同時(shí)存儲和運算量非常大。“我們采用了計算機的一個(gè)ZEROCOPY的技術(shù)，就是零拷貝技術(shù)，節約了存儲時(shí)間，數據能夠實(shí)時(shí)地不經(jīng)過(guò)壓縮地現場(chǎng)存儲，這個(gè)數據流盤(pán)技術(shù)保證現場(chǎng)測出來(lái)的數據能夠真實(shí)完整地保存。”楊旸認為這很重要，“把數據完整地保存下來(lái)，這就像拍一張高精度的照片一樣，照片的精度越高，能夠看清的環(huán)境細節越多，我們對信道的理解就會(huì )越深。”

　　四是矩陣運算的挑戰。因為從單通道的1×1變成8通道的8×8，矩陣數據使運算量大幅飚升，所以需要一個(gè)并行的后處理軟件。“我們與同濟大學(xué)尹學(xué)峰老師共同開(kāi)發(fā)，把SAGE算法拓展到并行，從原來(lái)針對一路，拓展到針對8路，這樣才能把信道之間的相關(guān)性，以及矩陣中隱含的相關(guān)信息提取出來(lái)，這比原來(lái)單通道測試復雜，也比原來(lái)對多通道系統的理解更深刻。”楊旸認為，就是因為對細節的把握和分析更準確，業(yè)界可以把多通道的這些優(yōu)勢利用起來(lái)，做得更準確。

　　完成多場(chǎng)景測試，開(kāi)放共享數據

　　目前設備商MIMO產(chǎn)品原型已經(jīng)紛紛推出，但在信道建模上一直存在瓶頸，每個(gè)廠(chǎng)家也用不同的方法驗證自己的技術(shù)，但還沒(méi)有人把產(chǎn)品放在真正的環(huán)境下做充分驗證。楊旸告訴記者，他計劃將測量的數據向研究界開(kāi)放，一方面是回饋整個(gè)研究界的支持，二是希望他們對這些數據有更多要求和反饋，以便更多地為他們服務(wù)。因為只有對數據有更多的要求，數據才越有價(jià)值。而且現在只是有了不同場(chǎng)景的測量數據，但在信道建模以及信道對各種設備和終端的影響研究上，還要借助國內更有優(yōu)勢的企業(yè)一起推進(jìn)。

　　“非常好的事情是已經(jīng)有產(chǎn)品原型，接下來(lái)要進(jìn)入痛苦的驗證、迭代和修正的過(guò)程，我們這個(gè)平臺可以把原來(lái)企業(yè)需要費時(shí)費力在不同場(chǎng)景下做測試，再到實(shí)驗室修改的流程簡(jiǎn)化了。”楊旸說(shuō)，“因為我們會(huì )把已經(jīng)測好的各種場(chǎng)景的數據搬回到你的實(shí)驗室，使企業(yè)的迭代和驗證更加有效率，而那種在測試中發(fā)現問(wèn)題再撤回設備的代價(jià)是非常高的，測試在產(chǎn)業(yè)成熟的過(guò)程中發(fā)揮重要作用，誰(shuí)把問(wèn)題解決在售前，誰(shuí)今后的麻煩就越小，對產(chǎn)業(yè)的貢獻越大。”

　　據介紹，目前規劃做10類(lèi)場(chǎng)景的測試，未來(lái)會(huì )向20多類(lèi)場(chǎng)景的測試，包括商場(chǎng)、機場(chǎng)、大型體育場(chǎng)館、開(kāi)放式的大的廣場(chǎng)和沙灘，還有高鐵在時(shí)速200公里到300公里高速移動(dòng)中的信道。還將進(jìn)一步測天氣變化對信道的影響，比如說(shuō)雨天、晴天等。這些數據可以讓科研人員足不出戶(hù)，就可以把戶(hù)外的各種數據拿到，相當于已經(jīng)做了外場(chǎng)測試，實(shí)現“室外測試室內化”。“我們把室外測試的真實(shí)場(chǎng)景搬回到實(shí)驗室中，可以回放數據，這與你拿著(zhù)設備和終端在現場(chǎng)走一遍基本是一樣的。”楊旸說(shuō)，“如果在路測中發(fā)現一個(gè)錯誤，研究人員可以不斷地回放來(lái)研究這個(gè)錯誤的核心原因。”

　　推動(dòng)向高頻和更多通道發(fā)展

　　MIMO并行信道采集與信道仿真平臺現在用的頻段在6GHz以下，也是我國5G技術(shù)研究測試當前的主力頻段，楊旸表示希望能夠把這個(gè)平臺測試的數據和模型推進(jìn)到5G技術(shù)研究測試中。

　　未來(lái)這個(gè)平臺還會(huì )向更多通道和更高頻段拓展。楊旸告訴記者，下一步我們希望把8通道測試拓展到64通道，但目前工作還在做，也沒(méi)有成熟的方案?，F在的當務(wù)之急是要讓業(yè)界利用起來(lái)測試所得的數據，對這些數據做分析，使之前所做的工作得到業(yè)界認可。然后再分析這些信道的數據是否足夠充分去了解多信道。“也許64路和8路沒(méi)有太大差別，因為分辨的精細度已經(jīng)達到一定程度了，再分辨也沒(méi)有新的秘密發(fā)現，但這也與場(chǎng)景有關(guān)，下一步是想把我們的能力提升之后再做對比。”楊旸說(shuō)。

　　楊旸表示，下一步我們也想在頻段上向上擴展，達到28G甚至70多G，最終做到100G以?xún)榷寄芨采w。目前8通道的平臺已經(jīng)搭好，高頻擴展主要是在軟件、時(shí)間精度和數據存儲上做能力的提升。“我們在向這個(gè)方向努力，但再往下做，就需要業(yè)界同仁們來(lái)給我們出主意，幫助我們提升平臺能力。”抱著(zhù)一個(gè)學(xué)者的心態(tài)，楊旸對業(yè)界發(fā)出這樣的邀請。