Wuhan Tabebuia Technology Co., Ltd.

مرور کلی استفاده از سیستم های سیستم منبع باز و سخت افزار برای مطالعه ایستگاه های پایه در مقیاس کوچک یک جهت مهم تحقیق در زمینه ارتباطات بی سیم رادیویی و LTE است.تجهیزات سنتی ایستگاه های تجاری گران است، دارای چرخه های توسعه طولانی، پیچیدگی عملیاتی بالا و تغییرات عملکردی سنگین است.برای رسیدگی به مسئله تغییرات کاربردی پیچیده و چرخه های توسعه طولانی در مطالعه ایستگاه های پایه ارتباطات بی سیم LTE, the proposed solution adopts the open-source OAI 5G and srsRAN software systems and a software-defined radio (SDR) hardware platform to build real-time operating base stations for research on interactions with terminalsاین رویکرد از مشکلات ایستگاه های پایه سنگین و گران قیمت با چرخه های توسعه طولانی اجتناب می کند و کارایی تحقیق در مورد ایستگاه های پایه و تعاملات ترمینال را بهبود می بخشد. راه حل بر اساس سری USRP-LW/SDR-LW از سخت افزارهای رادیویی تعریف شده توسط نرم افزار، همراه با سیستم عامل های نرم افزاری مانند srsRAN و OpenAirInterface (OAI) 5G،یک ایستگاه پایه و ترمینال شبیه سازی 4G/5G می تواند ساخته شودبا استفاده از مدل های مختلف سخت افزار رادیویی تعریف شده توسط نرم افزار و پارامترهای مختلف پیکربندی ایستگاه پایه، قابلیت های مختلف را می توان به دست آورد.اين سيستم مي تونه به طور کامل استيك پروتکل از آخر به آخر رو شبیه ساز کنه، با دقت ایستگاه پایه، ترمینال و شبکه اصلی را مدل سازی می کند، در حالی که با مشخصات پروتکل 3GPP مطابقت دارد.از ادغام با تجهیزات تجاری (مانند ترمینال های تجاری و شبکه های اصلی) پشتیبانی می کند و توسعه ثانویه بر اساس استیک پروتکل را امکان پذیر می کند. شکل 1 معماری سیستم LTE را نشان می دهد که شامل سه بخش است: شبکه اصلی (EPC) ، ایستگاه پایه (eNB) و کاربر (UE).هر بخش عملکردهای مربوطه خود را مطابق با استیک پروتکل 3GPP LTE اجرا می کند.از طرف UE، معماری شامل توابع مانند PHY، MAC، RLC، PDCP و RRC است. UE با eNB برای مبادله داده های uplink و downlink از طریق رابط هوایی ارتباط برقرار می کند.در وسط معماری eNB است، که شامل رابط هوایی با UE و رابط های S1-U و S1-MME با شبکه اصلی است. در سمت راست EPC است که عمدتا از عناصر شبکه مانند MME، S-GW،و P-GW. شکل 2 معماری سیستم NR را نشان می دهد. رابط رادیویی 5G از استیک پروتکل 4G ارث می برد، با یک لایه SDAP اضافی که در سطح کاربر برای نشان دادن کیفیت خدمات (QoS) معرفی شده است.معماری سیستم 5G نیز به سه بخش تقسیم شده است: کاربر (UE) ، ایستگاه پایه 5G (gNodeB) و شبکه اصلی (5GC). ng-eNB، gNodeB و 5GC از طریق رابط NG متصل می شوند.

مرور کلی فناوری چند ورودی چند ورودی (MIMO) در مقیاس بزرگ یک فناوری کلیدی در ارتباطات شبکه 5G است.از آرایه های آنتن در مقیاس بزرگ برای دستیابی به انتقال و دریافت سیگنال کارآمد استفاده می کندبا افزایش تعداد آنتن هاتکنولوژی MIMO در مقیاس بزرگ می تواند به طور قابل توجهی ظرفیت کانال و کارایی طیف سیستم را بدون نیاز به منابع طیف اضافی یا قدرت انتقال افزایش دهد.برای تحقق چشم انداز 5G و پاسخگویی به الزامات عملکردی حیاتی برای کارایی طیف، نمونه اولیه و تأیید MIMO در مقیاس بزرگ و سایر فن آوری های مرتبط ضروری است.از آنجایی که شبیه سازی های کامپیوتری به تنهایی نمی توانند بسیاری از مسائل پیچیده حل نشده را حل کنند، لازم است سیستم های نمونه ای را توسعه دهیم که بتوانند در زمان واقعی در شرایط کانال واقعی کار کنند و سیگنال های RF واقعی را ارسال / دریافت کنند. یک سیستم سخت افزاری در حلقه (HIL) ،که نرم افزار شبیه سازی را در یک کامپیوتر با یک پلت فرم رادیویی تعریف شده با نرم افزار (SDR) ترکیب می کند، می تواند به این چالش ها پاسخ دهد و انتقال از شبیه سازی نظری به کاربرد عملی را تسهیل کند و در نتیجه توسعه سیستم های ارتباطی نسل بعدی را تسریع کند. راه حل این راه حل با استفاده از Luowave اجرا می شود.USRP-LW N321پلتفرم، که عمدتا شامل برنامه ریزی RF USRP-LW N321، سرورها، سوئیچ ها و منبع ساعت استاکتو کلاک-LW-G. نمودار تنظیم مدل توصیه شده درUSRP-LW N321یک رادیو تعریف شده توسط نرم افزار شبکه است که می تواند قابلیت اطمینان و تحمل خطا را برای استفاده در سیستم های بی سیم توزیع شده و در مقیاس بزرگ فراهم کند.این یک SDR با عملکرد بالا است که از یک طراحی RF منحصر به فرد برای ارائه 2 کانال RX و 2 کانال TX در یک اندازه RU نصف عرض استفاده می کندمعماری همگام سازی انعطاف پذیر از یک مرجع ساعت 10 مگاهرتز، مرجع زمان PPS برای ورودی های خارجی TX LO و RX LO پشتیبانی می کند، که یک بستر آزمایش MIMO فاز منسجم را امکان پذیر می کند. اکتو کلاک-LW-Gیک سیستم تخصیص دستگاه برای منابع ساعت با دقت بالا است. این برای کاربرانی که می خواهند یک سیستم چند کانال ایجاد کنند و به یک زمان مرجع مشترک همگام شوند بسیار مفید است. به عنوان مثال،ما می توانیم از OctoClock-G برای انجام عملیات منسجم در USRP N210 و همگام با سیستم استفاده کنیماین امر بسیاری از برنامه های کاربردی آرایه مرحله ای را امکان پذیر می کند، مانند شکل گیری پرتو، یافتن جهت فوق وضوح، ترکیب تنوع یا طراحی گیرنده های MIMO.

خلاصه ی راه حل USRP امواج میلی متری 5G با توجه به افزایش تقاضا برای انتقال داده های فوق العاده بالا، تاخیر کم و ظرفیت بزرگ در بازار ارتباطات موبایل،صنعت ارتباطات نیاز به توسعه باند های فرکانسی دیگر از تکنولوژی بی سیم 5G برای کاهش فشار فعلی بر استفاده از طیف بی سیم در شبکه ها دارد.   موج میلی متری 5G به گفته پروتکل 3GPP 38.101 ، 5G NR عمدتاً از دو باند فرکانس استفاده می کند: باند فرکانس FR1 و باند فرکانس FR2.محدوده فرکانس باند فرکانس FR1 450MHz - 6GHz است، همچنین به عنوان باند فرکانس Sub-6GHz شناخته می شود؛ محدوده فرکانس باند فرکانس FR2 24.25GHz - 52.6GHz است، که معمولا به عنوان موج میلی متری شناخته می شود.     مزایای ام ام ویو 5G سرعت بالا و ظرفیت بزرگ: mmWave می تواند سرعت انتقال داده بسیار بالا را فراهم کند، با حداکثر نرخ رسیدن به 30 Gbps، پشتیبانی از اتصال همزمان تعداد زیادی دستگاه،و مناسب برای سناریوهای مانند پخش زنده ازویدیو و واقعیت مجازی. تاخیر کم: تکنولوژی mmWave می تواند با کاهش تاخیر ارتباطات پاسخ سریع تری را به دست آورد. این برای سناریوهای مورد نیاز برای انتقال داده در زمان واقعی بسیار دوستانه است.مانند رانندگی مستقل و کنترل از راه دور. جهت گیری بالا: ام ویو دارای جهت گیری خوب و پرتو های باریک است، که به موقعیت دقیق و انتقال کمک می کند و می تواند امنیت سیگنال را بهبود بخشد و تداخل را کاهش دهد. ویژگی های تمام آب و هوا: انتشار امواج میلی متری بسیار کمتر تحت تأثیر آب و هوا است و دارای ویژگی های همه آب و هوا است. در حال حاضر، گیرنده های USRP می توانند سیگنال های RF را در زیر 6 گیگاهرتز ارسال و دریافت کنند، که باند فرکانس Sub6G را پوشش می دهد.ماژول های گسترش امواج میلی متریبرای USRP، که می تواند سیگنال های فرکانس متوسط را به باند فرکانس mmWave تبدیل کند، بنابراین به کاربران کمک می کند تا به سرعت سیستم های ارتباطی تلفن همراه 5G mmWave را ایجاد کنند.   راه حل سیستم ارتباطات امواج میلی متری 5G بر اساس سری USRP-LW/SDR-LW از سیستم های رادیویی تعریف شده توسط نرم افزار ساخته شده است.ماژول های گسترش امواج میلیمتری و پلت فرم نرم افزاری OpenAirInterface (OAI) 5G آناین سیستم عملکرد شبیه سازی محیط شبکه NSA / SA 5G را دارد و می تواند از اکتشاف فن آوری های مرتبط برای ارتباطات امواج میلیمتری 5G پشتیبانی کند.از طریق استفاده از انواع مختلف سخت افزار رادیویی تعریف شده توسط نرم افزار و پارامترهای پیکربندی ایستگاه پایه مختلف، عملکردهای مختلف را می توان به دست آورد. این سیستم می تواند به طور کامل استیک پروتکل از انتهای به انتهای را شبیه سازی کند، به طور کامل ایستگاه های پایه، ترمینال ها و شبکه های اصلی را شبیه سازی کند و مشخصات پروتکل 3GPP را برآورده کند.این پشتیبانی از رابط با تجهیزات تجاری و پشتیبانی از توسعه ثانویه بر اساس استیک پروتکل.   نمودار تنظیم طرف ایستگاه پایه: از يک دستگاه مستقل با کارايي بالا ساخته شده است SDR-LW 2974، یک ماژول انبساط موج میلیمتر، یک ماژول تبدیل بالا و یک ماژول تبدیل پایین و دو آنتن شنود موج میلیمتر.     طرف ترمینال: از يک دستگاه راديوي بر اساس نرم افزار ساخته شده است USRP-LW B210، یک ماژول افزایشی موج میلیمتر، یک ماژول تبدیل پایین، یک کامپیوتر بالا، و دو آنتن سیمان موج میلیمتر.         محصولات مرتبط الزامات پردازش 5G-NR بسیار بالاتر از 4G است، بنابراین نیاز به دستگاه های SDR با عملکرد بالا یا حتی رایانه های پیشرفته تر به عنوان کامپیوتر میزبان برای USRP است.از طریق ماژول گسترش امواج میلی متری همراه و تبدیل کننده بالا، تبدیل فرکانس مستمر از 24GHz به 44GHz می تواند پشتیبانی شود و نیازهای تحقیقاتی ارتباطات امواج میلیمتری 5G را برآورده کند. (1) سری SDR-LWسری SDR-LW یک دستگاه مستقل SDR با عملکرد بالا است که توسط Luoguang Electronics عرضه شده است. این دستگاه شامل یک پردازنده داخلی، FPGA و فرنت اند RF است.با همکاری با پردازنده X86 اینتل و FPGA، انعطاف پذیری تجهیزات رادیویی تعریف شده توسط نرم افزار افزایش می یابد. میزبان دستگاه سری SDR-LW می تواند نرم افزار ایستگاه پایه / ترمینال 5G را اجرا کند.و قسمت جلویی انتقال سیگنال برای ایستگاه های پایه و دستگاه های پایانی را از طریق آنتن های شنود انجام می دهدچارچوب طراحی یکپارچه به آن امکان می دهد که به سرعت نمونه های اولیه از سیستم های ارتباطی بی سیم تلفن همراه با عملکرد بالا را بسازد.SDR-LW 2974وSDR-LW 3980 مدل ها: (2) سری USRP-LWUSRP-LW N321 یک دستگاه رادیویی نرم افزاری با کارایی بالا است که دارای پهنای باند فوری تا 200 MHz RF Front-End است و از پیکربندی MIMO پشتیبانی می کند و مجهز به ADC و DAC با سرعت بالا است.می تواند کارهای پیچیده پردازش سیگنال را انجام دهد و نیازهای مختلف ارتباطات بی سیم را برآورده کند.ایستگاه های پایه نرم و ترمینال های نرم بر روی کامپیوتر متصل به USRP-LW N321 برای پیاده سازی عملکردهای استیک پروتکل بی سیم NR تنظیم می شوند.USRP-LW N321 تبدیل دیجیتال به آنالوگ را تکمیل می کند و عملکردهای ارسال و دریافت را در پایان RF تکمیل می کند. پردازنده ی باند پایه ی USRP-LW N321 از Xilinx Zynq-7100 SoC استفاده می کند که یک پردازنده ی FPGA قابل برنامه ریزی کاربر در مقیاس بزرگ و پردازنده ی دو هسته ای ARM را ادغام می کند.ارائه پشتیبانی قوی برای پردازش در زمان واقعی و کم تاخیربا استفاده از پورت های SFP + و QSFP + ، USRP-LW N321 می تواند جریان داده های I / Q با خروجی بالا را به PC میزبان یا هم پردازنده FPGA منتقل کند و نیازهای پردازش داده های با سرعت بالا را برآورده کند.از انجام وظایف از راه دور پشتیبانی می کند، مانند به روزرسانی نرم افزار، راه اندازی مجدد و تنظیم مجدد کارخانه، بنابراین کنترل و مدیریت شبکه رادیویی ساده می شود.