5G 技术面临的主要挑战 | 智能技术

发布日期:2019-09-13 10:00
随着人工智能技术曲线的增长不可避免地越来越陡峭,解决各种行业中的多个问题的解决方案变得更加必要。5G的竞争为每个无线研究人员,硬件制造商和运营商带来了挑战。 

我们所知道的4G LTE和之前标准的物理层正在被推向新的极限,包括集成多输入,多输出(MIMO)技术; 搬到mmWave; 并使用未许可的频段在协议之间共存。但物理层不再是要结合的唯一部分了。

随着标准在多层中变得越来越复杂和严格,需要开发MAC,数据链路和网络层。时间要求开始收紧,延迟成为一个更大的问题。在单个节点内进行处理的需求开始扩展到远远超出以前专用集成电路(ASIC)所遇到的范围。为了更进一步,系统的可部署性和规模正在增长。对远程无线电头应用的需求日益增长,其中基站可以从单个天线系统发展到跨城市的远程节点。对无线通信的需求同时给该行业带来了多项先进的挑战。



决定论的挑战
诸如5G New Radio(5G NR)之类的应用引入了时序约束,使得处理器和RF前端之间的关系比以前的通信协议(如LTE或802.11)更为关键。超可靠的机器类型通信需要在更加确定和精确的定时间隔中发生上层功能,这迫使调度器等技术更加确定地实施。诸如802.11ax之类的新802.11标准取决于严格的时序要求,因为接入点通过触发帧和基于触发的物理层协议数据单元(PPDU)动态地确定信道模型。所有这些交互必须在严格的16us时序要求中发生,否则通信会中断。随着越来越多的智能通过MAC提供给PHY层,确定性在应用中变得越来越必要。时间关键型操作无法再通过PC严格执行。必须使用实时操作系统和FPGA等技术来处理这些低于1ms的时序要求。

处理中的挑战
在提高处理能力的过程中,总是存在诸如处理单元的移动性,将数据从处理资源转移到处理资源的数据管道以及配置的灵活性等困难。随着MAC层功能的复杂发展,更加注重软件定义的网络,以及更强大和更复杂的调度程序,对时间精确处理和并行计算的需求变得更大。

让我们专门探讨软件定义的网络案例。由于软件定义的通信网络的复杂要求,任何节点都可能需要在短时间内完全重新配置其功能。将单个节点与处理能力集成以处理这些决策任务需要收发器扩展到RF之外。RF节点可能需要具有处理来自中央处理点处的调度器的决策或运行其自己的决策引擎的能力,这两者都需要在超出典型ASIC的处理中进步。

但是,原始处理能力仍然不够。随着对环境仿真的需求的增长,无论是从信道,基站还是用户设备的角度来看,处理器和电路之间的延迟越来越低。任何集成了异构处理器架构(GPP,GPU,FPGA等)的应用都需要通过高速串行接口传输数据,并具有低延迟和宽数据带宽。


网络多样化 - 远程无线电头和设备到设备通信增加了网络复杂性


USRP-2974

USRP-2974是NI的第一个独立SDR,将成为第一个在单个设备中使用LabVIEW软件,LabVIEW FPGA模块和LabVIEW实时模块的NI USRP。它是围绕现有的USRP RIO硬件解决方案设计的,但现在通过高速PCI Express和以太网连接集成了连接到USRP的x86处理器,用于x86目标和FPGA目标之间的数据流。

结合到SDR设计中的x86处理器提供了许多好处。首先,LabVIEW实时可编程处理器现在是测试调度算法的理想目标,允许在处理器上确定优先级,并确定性地操作并向FPGA发送命令,从而可以处理物理层RF信号。其次,由于数据可以在设备上进行处理,因此每个无线电节点都可以运行额外的计算,超出以前仅在FPGA上完成的计算。最后,通过与开发机器的以太网连接,可以在闪存中部署任意数量的USRP-2974设备,具有重复或唯一的代码库,从而改善了单个模块级别或大型测试平台的系统和代码管理。

USRP-2974为以前受传统特别提款权限制的新研究和先进用例打开了大门。系统变得更具可扩展性,更易于管理,现在可以通过板载处理器集成决策和确定性选择。USRP-2974提供高性能,可应对最复杂的通信挑战。