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雖然軟件無線電（Software-Defined Radio, SDR）早已不是什么新鮮概念了，但SDR究竟是什么，它能做什么，基于SDR技術的實物具體有哪些，這些問題的答案至今似乎也不是那么顯而易見、人盡皆知。近日，我們會訪了美國國家儀器（National Instruments，簡稱NI）的兩位專家，他們向我們介紹了NI的SDR平臺產品，讓我們對SDR技術有了更清晰的認識。 Manuel Uhm先生是NI子公司Ettus Research的營銷總監，還擔任無線創新論壇（以前稱為SDR論壇）的首席營銷官。無線創新論壇負責美國軍用無線電的軟件通信架構標準和用于海軍雷達和海軍陸戰隊員之間頻譜共享的CBRS商業寬帶服務。屠方澤先生是NI技術市場工程師，負責射頻和無線業務，曾參與過多個射頻相關項目，包括128天線大規模MIMO系統、毫米波系統以及無線手機測試系統。 Uhm先生介紹說，SDR的寬泛定義是：通過軟件來定義通信物理層的一部分或者全部。按照這個定義，目前所有的商用基站都是SDR設備：它們有通用的FPGA，可以對物理層做相關的更改。除了基站以外，我們使用的終端也可以理解為軟件定義的無線電設備。 具體到NI的SDR產品，基本上都是一些儀器設備，通常用于通信產品研發、軍工設備和產品測試，從便攜性應用的到極強射頻性能的都有覆蓋，如下圖所示。 
我們注意到，這些設備可歸為兩類。一類是各種USRP平臺，另一類是VST、VSA和mmWave等射頻儀器平臺。通過NI軟件定義無線電平臺，可以覆蓋包括商業用戶、通信行業設備上、研究機構和院校等不同行業用戶的需求。 從軟件層面看，USRP平臺的客戶非常重視產品的開源屬性，他們需要底層代碼，所以此類產品通常運行GNU Radio開源開發工具。相比之下，NI品牌下的產品則通常運行LabVIEW，該圖形化軟件讓開發工作變得更容易。屠方澤先生介紹說，NI是個平臺化的廠商，所以會根據客戶的需求去選擇不同的軟件工具。由于Ettus Research品牌在開源圈內具有很高的認知度，所以并購后這個品牌依舊保留。 頻譜共享 Uhm先生介紹說，認知無線電（cognitive radio）是軟件無線電的一個重要領域，其典型應用是頻譜共享。美國有一個CBRS項目，它是Citizens Broadband Radio Service（公民寬帶無線電服務）的縮寫。CBRS允許任何人共享美國海軍目前使用的大量頻譜。美國軍艦雷達占用了一些頻譜，但這些頻譜在多數情況下是閑置的，其利用率很低，因為并不是隨時都有海軍的軍艦出現在海岸線上。今年2月，諾基亞、Alphabet和高通利用這些頻譜測試了LTE技術，對拉斯維加斯的一場汽車拉力賽進行了高清視頻直播。 頻譜共享的前提是基站必須有能力識別軍用雷達信號，在該信號出現時通過調整頻率來進行規避，這就是認知無線電技術。Uhm先生說，未來的無線電平臺一定會越來越智能，結合人工智能的芯片和方案，實現自主的無線電傳輸。另一方面，系統測試也會越來越偏重人工智能。在五年、十年后的未來，目前在固定頻段內進行傳輸的LTE、藍牙、wifi會通過人工智能的方式不停地變化它需要的頻段，所以測試方案也會變得越來越智能。 USRP平臺中最新的N310就具備頻譜分享（如CBRS）功能。它可以被分散布置在廣闊的區域，無需本地操作，遠程即可進行故障排除，具有高可靠和容錯特性。
USRP N310據稱是目前通道數量密度最高的SDR產品之一，在一個0.5U的高度內提供4發4收通道，每個通道提供高達100MHz的瞬時帶寬，并涵蓋10MHz到6GHz的擴展頻率范圍。USRP N310采用Xilinx公司的Zynq-7100 SoC進行基帶處理，可編程的FPGA滿足實時處理和低延遲要求。 5G原型與測試 前面提到的NI的大帶寬、高性能SDR儀器可用于5G移動通信的研究與測試，包括NI VST、VSA和mmWave等平臺。軟件方面則以LabVIEW為主要開發平臺。屠方澤先生介紹說，很多5G研究項目都采用LabVIEW，這是因為客戶需要完整的工具鏈，而NI已經搭好了這個系統平臺，讓用戶能夠快速地將他們的算法進行驗證，這是LabVIEW最擅長的。 他說，5G到來之后，通信協議變得越來越多，對測試工作提出了新的挑戰。第一是測試案例的增加，第二是帶寬的需求會變大，第三個是對測試的時間要求很高，要讓產品快速進入市場。NI密切跟進3GPP的協議，讓產品快速符合3GPP的標準。SDR技術的應用使得這一切成為可能。 屠方澤先生介紹說，NI很早就投入5G技術的研究，2010年就成立了射頻領先計劃，與國內外很多用戶開展大規模MIMO和毫米波系統等研究項目。這些合作伙伴包括國外的諾基亞、英特爾、Facebook，以及國內的東南大學、北京郵電大學等機構。在大規模MIMO方面，NI與隆德大學、Intel、東南大學等合作。在毫米波方面，NI與諾基亞、北京郵電大學和某些中國領先的通信廠商合作展開相關研究。 近期，NI與國內外重點的芯片廠商、研究機構、終端廠商都有相應合作，進行5G芯片研發、芯片測試和終端測試工作。例如，NI剛剛與三星合作進行了互操作性測試，與Qorvo合作演示了射頻前端模塊的測試。Qorvo這個業界首個5G射頻前端模塊QM19000的工作頻率范圍是3.3~4.2GHz，帶寬400MHz，集成了發送PA和接收LNA。NI的PXI測試系統則包括PXIe-5840 6.6 GHz VST、PXIe-4139 ±60V/3A SMU和PXIe-6570 數字模式儀表。該模塊的成功測試使得5G移動通信技術向商業化應用又邁進了一步。
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