布里​斯托​尔​大学​和​隆德​大学​与​NI​携​手​合作,​使用​大规模​MIMO​创造​5G​无线​频​谱​效率​的​世界​纪录

Paul Harris, University of Bristol

"NI MIMO​原型​系统​提供​了​一个​集成​的​硬件​和​软件​平台,​帮助​我们​解决​开发​过程​中的​一些​难点。"

- Paul Harris, University of Bristol

挑战

思​科​预测​到​2020​年​将会​有​55​亿​人​拥有​移动​电话。 仅​在​英国​就​已经有​数​千万​移动​用户,​每​个​月​消耗​20 GB​的​数据​流量,​而且​日常生活​中​使用​的​智能​设备​超过​25​台。 4K​视频、​无人驾驶​车辆、​智能​工厂​以及​宽​带​接​入​等​需要​消耗​大量​数据​的​应用​正在​不断​覆盖​到​地球​上​大部分​偏远地区,​因此​当今​的​无线​网络​无法​应对​迅速​到来​的​超​连接​未来​也是​无可​厚​非​的。

解决​方案

为了​满足​不断​增长​的​数据​速率、​更高​的​网络​容量​和​可靠性​需求,​布里​斯托​尔​大学​和​隆德​大学​的​工程​师​和​研究​人员​正在​使用​NI​多​输入​多​输出​(MIMO)​原型​系统,​通过​大规模​MIMO​技术​来​实现​快速​创新,​推动​5G​手机​网络​的​研究​进程,​变革​无线​通信​的​未来。 该​团队​已经​成功​演示​了​比​当前​4G​蜂​窝​技术​高出​20​倍​的​带​宽​效率,​这​创造​了​新的​世界​纪录,​开辟​了​低于​6 GHz​频​段​的​5G​部署​可能性。

作者:

Paul Harris - University of Bristol
​Steffen Malkowsky - Lund University

 

通过​乘法​创新

了解​大规模​MIMO​的​优势,​释放​5G​网络​的​无限​潜​能。 大规模​MIMO​通过​在​基​站​使用​大量​天线​(超过​64​根)​来​实现​空间​复​用。 这​意味​着​我们​可以​在​密集​的​区域​服务​更多​的​用户,​而​不需要​消耗​更多​的​无线​电​频​谱​或​产生​干扰。 换句话说,​大规模​MIMO​可​减少​电话​掉​线,​大幅​减少​死​区​范围,​提高​数据​传输​质量,​而且​不会​给​日益​稀有​的​无线​电​频​谱​带来​挑战。

 

此外,​与​当前​的​LTE (4G)​网络​相比,​大规模​MIMO​有望​降低​成本​和​提高​能源​效率,​同时​通过​天线​数量​的​增加​提供​更高​的​可靠性。

 

 

 

创纪录​的​实​时​研究

布里​斯托​尔​和​隆德​团队​的​目标​是​测试​大规模​MIMO​这​一​技术​可​为​未来​5G​网络​带来​10​倍​以上​网络​容量​提升​的​可行性。​他们​采用​了​可​扩展​的​NI MIMO​原型​开发​平台,​该​平台​具有​灵活​的​软件​无线​电​硬件​和​开放​式​可​重​配置​LabVIEW​软件,​同时​还​可​获得​NI​先进​无线​研究​小组​的​专业​技术​支持。

 

借助​NI MIMO​原型​系统,​该​团队​可以​将​大规模​MIMO​的​理论​原理​应用​到​真实​环境​中,​并​能够​快速​测试​其​新​思路,​现场​成功​演示​了​世界上​第​一个​128​天线​实​时​大规模​MIMO​测试​平台。​借助​这​一​尖端​的​测试​平台,​该​团队​已经​连续​创造​了​两​个​频​谱​效率​的​世界​纪录。​他们​在​20 MHz​带​宽,​全​双​工​的​实​时​无线​链​路​中,​在​3.5 GHz​频率​下​12​个​用户​同时​使用​的​情况​下​实现​了​超过​79 b/​s/​Hz​的​频​谱​效率。​之后​不久,​该​团队​对​系统​进行​了​扩展,​在​共享​相同​时间-​频率​资源​的​用户​人数​增加到​22​人的​条件下​实现​超过​145 b/​s/​Hz​的​频​谱​效率

 

技术

NI MIMO​原型​系统​结合​了​LabVIEW​软件​和​NI​商用​现成​硬件。​该​平台​为​开发​高​吞吐量、​高​容量、​低​延迟​系统​提供​了​一个​坚实​的​基础。​虽然​该​团队​集成​了​近​100​个​不同​的​硬件,​但​仍​可在​一个​统一​的​软件​框架​内​无缝​开发​整个​应用。​模​块​化​方法、​紧密​的​软件/​硬件​集成​以及​LabVIEW​中​内​置​的​实​时​FPGA IP​为​该​团队​提供​了​所需​的​解决​方案,​他们​比​预期​更​快速​完成​开发,​而且​未来​能够​以​较​低​的​成本​快速​实现​平台​的​变化。

 


下一步​计划

布里​斯托​尔​大学​和​布里​斯托​尔​市​议会​之间​开展​了​一个​名为​Bristol is Open​的​合作​项目。​布里​斯托​尔​团队​计划​在​市区​范围​内的​屋顶​上​部署​其​大规模​MIMO​测试​平台,​并​将​其​连接​到​光纤​网络,​以便​进一步​研究​这种​技术​对​社会​的​实际​影响。​最终,​布里​斯托​尔​大学​将​该​系统​拆​分成​4​个​32​天线​子​系统,​利用​光纤​网络​来​实现​分布​式​大规模​MIMO​配置。​这​一​成果​帮助​网络​运营​商​建立​了​更好​的​通信​方法。

 

隆德​大学​很快​就​开始​在​针对​其​需求​定制​的​NI​大规模​MIMO​测试​平台​上,​在​各种​实际​的​部署​环境​中​进行​室外​测量、​信道​特性​分析​以及​加速器​IP​设计。

 

而且,​布里​斯托​尔​和​隆德​大学​将​继续​在​未来​的​项目​上​合作。​隆德​大学​将​帮助​布里​斯托​尔​团队​进行​室外​移动​用户​测量​试验,​以​进一步​研究​移动​性​对​大规模​MIMO​的​影响。

 

 

关于​该​团队

英国​布里​斯托​尔​大学​的​通信​系统​与​网络​(CSN)​小组​成立​于​1985​年,​旨​在​解决​固定​和​无线​通信​领域​的​研究​需求。​该​小组​结合​基本​的​学术​研究​和​强大​的​工业​应用,​拥有​配备​最​先进​测试​和​测量​设备​和​一流​计算​设施​的​实验​室。

 

布里​斯托​尔​大学​团队: Mark Beach, Andrew Nix, Paul Harris, Siming Zhang, Henry Brice, Wael Boukley Hasan, and Benny Chitambira

 

隆德​大学​致力​于​成为​一所​世界​一流​的​大学,​专注​于​理解、​解释​以及​改善​人类​世界​和​生存​条件。​隆德​大学​的​电气​工程​和​信息​学院​(EIT)​涵​盖了​模拟​和​数字​以及​通信​系统​设计​领域​的​诸​多​研究​应用,​在​MaMi​理论、​信道​测量​和​特性​分析​以及​加速器​IP​设计​等​大规模​MIMO (MaMi)​研究​领域​处于​最​前沿​地位。

 

隆德​大学​团队: Fredrik Tufvesson, Ove Edfors, Liang Liu, Steffen Malkowsky, Joao Vieira, Zachary Miers, Hemanth Prabhu, Erik Bengtsson, Xiang Gao, and Dimitrios Viastaras

 

作者​信息

Paul Harris
University of Bristol
​CSN Group, University of Bristol, Woodland Road
​Bristol BS8 1UB
​United Kingdom
paul.harris@bristol.ac.uk

图​1. ​ ​布里​斯托​尔​大学​和​隆德​大学​实现​了​世界上​第​一个​128​天线​实​时​大规模​MIMO​测试​平台,​连续​创造​了​两​个​无线​频​谱​效率​的​世界​纪录。 ​
图​2. ​ ​NI MIMO​原型​平台​是​一个​基于​USRP RIO​软件​无线​电​和​PXI​硬件​的​模​块​化​系统,​可​实现​各种​天线​配置。 ​
图​3. ​ ​NI MIMO​应用​程序​框架​的​开放​式​软件​参考​架构​和​实​时​FPGA IP​为​布里​斯托​尔​和​隆德​大学​团队​的​开发​工作​提供​了​良好​的​基础。 ​
图​4. ​ ​Paul Harris​和​Steffen Malkowsky​在​布里​斯托​尔​大学​的​消声​室​里​测试​其​128​天线​阵​列。 ​
​ ​The University of Bristol and Lund University implemented the world's first 128-​antenna, real-​time massive MIMO testbed, which was used to set two consecutive world records in wireless spectral efficiency. ​
​ ​The University of Bristol Research Team ​