挑戰(zhàn):
思科預(yù)測到2020年將會有55億人擁有移動電話。 僅在英國就已經(jīng)有數(shù)千萬移動用戶，每個月消耗20 GB的數(shù)據(jù)流量，而且日常生活中使用的智能設(shè)備超過25臺。 4K視頻、無人駕駛車輛、智能工廠以及寬帶接入等需要消耗大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用正在不斷覆蓋到地球上大部分偏遠(yuǎn)地區(qū)，因此當(dāng)今的無線網(wǎng)絡(luò)無法應(yīng)對迅速到來的超連接未來也是無可厚非的。
解決方案:
為了滿足不斷增長的數(shù)據(jù)速率、更高的網(wǎng)絡(luò)容量和可靠性需求，布里斯托爾大學(xué)和隆德大學(xué)的工程師和研究人員正在使用NI多輸入多輸出(MIMO)原型系統(tǒng)，通過大規(guī)模MIMO技術(shù)來實現(xiàn)快速創(chuàng)新，推動5G手機(jī)網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)程，變革無線通信的未來。 該團(tuán)隊已經(jīng)成功演示了比當(dāng)前4G蜂窩技術(shù)高出20倍的帶寬效率，這創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄，開辟了低于6 GHz頻段的5G部署可能性。
通過乘法創(chuàng)新
了解大規(guī)模MIMO的優(yōu)勢，釋放5G網(wǎng)絡(luò)的無限潛能。 大規(guī)模MIMO通過在基站使用大量天線(超過64根)來實現(xiàn)空間復(fù)用。 這意味著我們可以在密集的區(qū)域服務(wù)更多的用戶，而不需要消耗更多的無線電頻譜或產(chǎn)生干擾。 換句話說，大規(guī)模MIMO可減少電話掉線，大幅減少死區(qū)范圍，提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，而且不會給日益稀有的無線電頻譜帶來挑戰(zhàn)。
此外，與當(dāng)前的LTE (4G)網(wǎng)絡(luò)相比，大規(guī)模MIMO有望降低成本和提高能源效率，同時通過天線數(shù)量的增加提供更高的可靠性。
創(chuàng)紀(jì)錄的實時研究
布里斯托爾和隆德團(tuán)隊的目標(biāo)是測試大規(guī)模MIMO這一技術(shù)可為未來5G網(wǎng)絡(luò)帶來10倍以上網(wǎng)絡(luò)容量提升的可行性。他們采用了可擴(kuò)展的NI MIMO原型開發(fā)平臺，該平臺具有靈活的軟件無線電硬件和開放式可重配置LabVIEW軟件，同時還可獲得NI先進(jìn)無線研究小組的專業(yè)技術(shù)支持。
借助NI MIMO原型系統(tǒng)，該團(tuán)隊可以將大規(guī)模MIMO的理論原理應(yīng)用到真實環(huán)境中，并能夠快速測試其新思路，現(xiàn)場成功演示了世界上第一個128天線實時大規(guī)模MIMO測試平臺。借助這一尖端的測試平臺，該團(tuán)隊已經(jīng)連續(xù)創(chuàng)造了兩個頻譜效率的世界紀(jì)錄。他們在20 MHz帶寬，全雙工的實時無線鏈路中，在3.5 GHz頻率下12個用戶同時使用的情況下實現(xiàn)了超過79 b/s/Hz的頻譜效率。之后不久，該團(tuán)隊對系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)展，在共享相同時間-頻率資源的用戶人數(shù)增加到22人的條件下實現(xiàn)超過145 b/s/Hz的頻譜效率
圖1. 布里斯托爾大學(xué)和隆德大學(xué)實現(xiàn)了世界上第一個128天線實時大規(guī)模MIMO測試平臺，連續(xù)創(chuàng)造了兩個無線頻譜效率的世界紀(jì)錄。
技術(shù)
NI MIMO原型系統(tǒng)結(jié)合了LabVIEW軟件和NI商用現(xiàn)成硬件。該平臺為開發(fā)高吞吐量、高容量、低延遲系統(tǒng)提供了一個堅實的基礎(chǔ)。雖然該團(tuán)隊集成了近100個不同的硬件，但仍可在一個統(tǒng)一的軟件框架內(nèi)無縫開發(fā)整個應(yīng)用。模塊化方法、緊密的軟件/硬件集成以及LabVIEW中內(nèi)置的實時FPGA IP為該團(tuán)隊提供了所需的解決方案，他們比預(yù)期更快速完成開發(fā)，而且未來能夠以較低的成本快速實現(xiàn)平臺的變化。
圖2. NI MIMO原型平臺是一個基于USRP RIO軟件無線電和PXI硬件的模塊化系統(tǒng)，可實現(xiàn)各種天線配置。
圖3. NI MIMO應(yīng)用程序框架的開放式軟件參考架構(gòu)和實時FPGA IP為布里斯托爾和隆德大學(xué)團(tuán)隊的開發(fā)工作提供了良好的基礎(chǔ)。
下一步計劃
布里斯托爾大學(xué)和布里斯托爾市議會之間開展了一個名為Bristol is Open的合作項目。布里斯托爾團(tuán)隊計劃在市區(qū)范圍內(nèi)的屋頂上部署其大規(guī)模MIMO測試平臺，并將其連接到光纖網(wǎng)絡(luò)，以便進(jìn)一步研究這種技術(shù)對社會的實際影響。最終，布里斯托爾大學(xué)將該系統(tǒng)拆分成4個32天線子系統(tǒng)，利用光纖網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)分布式大規(guī)模MIMO配置。這一成果幫助網(wǎng)絡(luò)運營商建立了更好的通信方法。
隆德大學(xué)很快就開始在針對其需求定制的NI大規(guī)模MIMO測試平臺上，在各種實際的部署環(huán)境中進(jìn)行室外測量、信道特性分析以及加速器IP設(shè)計。
而且，布里斯托爾和隆德大學(xué)將繼續(xù)在未來的項目上合作。隆德大學(xué)將幫助布里斯托爾團(tuán)隊進(jìn)行室外移動用戶測量試驗，以進(jìn)一步研究移動性對大規(guī)模MIMO的影響。
圖4. Paul Harris和Steffen Malkowsky在布里斯托爾大學(xué)的消聲室里測試其128天線陣列。
（轉(zhuǎn)載）
