通過3G、4G的不斷突破,，在5G研究上,，中國的整體實力大大增強,。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”上,，見到了業(yè)界第一個正式推出的MIMO并行信道采集與信道仿真平臺（目前實現(xiàn)八通道）,，借助這個平臺，業(yè)界能夠?qū)?G關(guān)鍵技術(shù)MIMO的認識提升到新的水平,。帶著對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，記者專訪了研制這一平臺的上海無線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(guī)模應(yīng)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(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。
業(yè)界也在紛紛推出相關(guān)設(shè)備,，例如中興已經(jīng)推出64天線的MIMO設(shè)備,，并積極推動這種MIMO設(shè)備進入中國移動的4G+網(wǎng)絡(luò)；中國移動總裁李躍也在6月底的世界移動大會 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天線陣列設(shè)備,，將MIMO技術(shù)推向新的高度,。但與此同時，MIMO的信道模型建立都是通過單通道的仿真模擬出來的,，多通道并行時真實的信道情況,，還沒有實測過。
“信道是無線通信的基礎(chǔ),，對信道的理解越深,，所做的編碼、調(diào)制的效率就越高,，會越逼近香農(nóng)定理的理論線,，而多通道的通信制式使信道變得十分復(fù)雜?！睏顣D說，“5G研究中規(guī)定了許多新的場景，包括高速移動的高鐵,、地鐵,，大型體育場館以及人流密集的集會場所等，這些場景復(fù)雜,、具備挑戰(zhàn)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理論推導(dǎo)而沒有實測數(shù)據(jù),，是無法走向真正商用的,，因為終端或者基站設(shè)備要在實驗中進行驗證，實測驗證之后,，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?！?/p>
平臺搭建中遇到四個挑戰(zhàn)
為什么這個并行八通道的信道測試平臺前后經(jīng)歷了兩年時間才推出,？楊旸告訴記者，該平臺是通過將8個單通道集成后實現(xiàn)的,，在這兩年中,，他們主要解決了四個挑戰(zhàn)。
一是多通道校準的挑戰(zhàn),。與單通道不同,，如何保持多通道中每個通道的一致性是業(yè)界碰到的共同難題。哪怕是同一家公司生產(chǎn)出來的產(chǎn)品,，八個通道之間由于硬件的微小差異,，常常導(dǎo)致不同信道的差別，只有將硬件差別產(chǎn)生的信道區(qū)別提前剔除,，得到的數(shù)據(jù)才會是空間信道的數(shù)據(jù),，所以多通道的校準是第一個挑戰(zhàn)。
二是8通道“接收”,、“發(fā)射”兩端同步的挑戰(zhàn),。測試中要保證所有的信號要同時發(fā)出，在接收端是同時收到,。因為天線之間的距離是厘米級的,，信號傳到的時間差在100皮秒以內(nèi)。所以只有同步精度低于100皮秒,，才能區(qū)分出同樣一個信號到達不同天線的時間,，同步精度要求非常高?！拔覀兝酶呔鹊你滅姇r鐘系統(tǒng)加上自己的同步算法,，把精度做到了30皮秒。”楊旸說,，“一般在光通信里需要做到皮秒,，在無線通信里只要做到毫秒級就可以了?！?/p>
三是測試數(shù)據(jù)存儲的挑戰(zhàn),。8通道有8個發(fā)射端和8個接收端，每個發(fā)射端對8個接收端,，形成矩陣式的收發(fā),，實測中會產(chǎn)生64路數(shù)據(jù)。因此64路數(shù)據(jù)的同時存儲和運算量非常大,?！拔覀儾捎昧擞嬎銠C的一個ZERO COPY的技術(shù)，就是零拷貝技術(shù),，節(jié)約了存儲時間,，數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r地不經(jīng)過壓縮地現(xiàn)場存儲，這個數(shù)據(jù)流盤技術(shù)保證現(xiàn)場測出來的數(shù)據(jù)能夠真實完整地保存,?！睏顣D認為這很重要，“把數(shù)據(jù)完整地保存下來,，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(jié)越多,，我們對信道的理解就會越深,。”
四是矩陣運算的挑戰(zhàn),。因為從單通道的1×1變成8通道的8×8,，矩陣數(shù)據(jù)使運算量大幅飚升，所以需要一個并行的后處理軟件,?！拔覀兣c同濟大學尹學峰老師共同開發(fā)，把SAGE算法拓展到并行,，從原來針對一路,，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,，這比原來單通道測試復(fù)雜，也比原來對多通道系統(tǒng)的理解更深刻,?！睏顣D認為,，就是因為對細節(jié)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,，做得更準確,。
完成多場景測試，開放共享數(shù)據(jù)
目前設(shè)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，每個廠家也用不同的方法驗證自己的技術(shù),，但還沒有人把產(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(shù)據(jù)向研究界開放,，一方面是回饋整個研究界的支持,，二是希望他們對這些數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)有更多的要求,，數(shù)據(jù)才越有價值。而且現(xiàn)在只是有了不同場景的測量數(shù)據(jù),，但在信道建模以及信道對各種設(shè)備和終端的影響研究上,，還要借助國內(nèi)更有優(yōu)勢的企業(yè)一起推進。
“非常好的事情是已經(jīng)有產(chǎn)品原型,，接下來要進入痛苦的驗證,、迭代和修正的過程，我們這個平臺可以把原來企業(yè)需要費時費力在不同場景下做測試,，再到實驗室修改的流程簡化了,。”楊旸說,，“因為我們會把已經(jīng)測好的各種場景的數(shù)據(jù)搬回到你的實驗室,，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(xiàn)問題再撤回設(shè)備的代價是非常高的,，測試在產(chǎn)業(yè)成熟的過程中發(fā)揮重要作用,，誰把問題解決在售前，誰今后的麻煩就越小,，對產(chǎn)業(yè)的貢獻越大,。”
據(jù)介紹,，目前規(guī)劃做10類場景的測試,，未來會向20多類場景的測試，包括商場,、機場,、大型體育場館,、開放式的大的廣場和沙灘，還有高鐵在時速200公里到300公里高速移動中的信道,。還將進一步測天氣變化對信道的影響,，比如說雨天、晴天等,。這些數(shù)據(jù)可以讓科研人員足不出戶,，就可以把戶外的各種數(shù)據(jù)拿到，相當于已經(jīng)做了外場測試,，實現(xiàn)“室外測試室內(nèi)化”,。“我們把室外測試的真實場景搬回到實驗室中,，可以回放數(shù)據(jù),，這與你拿著設(shè)備和終端在現(xiàn)場走一遍基本是一樣的?！睏顣D說,，“如果在路測中發(fā)現(xiàn)一個錯誤，研究人員可以不斷地回放來研究這個錯誤的核心原因,?！?/p>
推動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(xiàn)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平臺測試的數(shù)據(jù)和模型推進到5G技術(shù)研究測試中,。
未來這個平臺還會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，也沒有成熟的方案?，F(xiàn)在的當務(wù)之急是要讓業(yè)界利用起來測試所得的數(shù)據(jù),，對這些數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)是否足夠充分去了解多信道,。“也許64路和8路沒有太大差別,，因為分辨的精細度已經(jīng)達到一定程度了,，再分辨也沒有新的秘密發(fā)現(xiàn)，但這也與場景有關(guān),，下一步是想把我們的能力提升之后再做對比,。”楊旸說,。
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以內(nèi)都能覆蓋,。目前8通道的平臺已經(jīng)搭好,，高頻擴展主要是在軟件、時間精度和數(shù)據(jù)存儲上做能力的提升,?！拔覀冊谙蜻@個方向努力，但再往下做,，就需要業(yè)界同仁們來給我們出主意,，幫助我們提升平臺能力?！北е粋€學者的心態(tài)，楊旸對業(yè)界發(fā)出這樣的邀請,。