eng
Выпуск #4/2015
Р.Николс
Мы уже сегодня можем предложить комплексные решения для сетей будущего – 5G
Мы уже сегодня можем предложить комплексные решения для сетей будущего – 5G
Просмотры: 2778
Господин Николс, Keysight Technologies как лидер в области создания контрольно-измерительного оборудования должна идти на шаг впереди разработчиков телекоммуникационного оборудования, предоставляя им саму возможность проводить исследования. Поэтому вполне закономерно спросить именно у вас – какие технологии скрываются за аббревиатурой 5G?
Действительно, сегодня нет единого понимания, что такое 5G. В основном специалисты во всем мире скажут: "Мы пока еще не знаем, что такое 5G". Но есть и другие мнения, причем уже достаточно консолидированные. Возможно, лучше всего их выражает консорциум METIS, созданный
Евросоюзом. Если кратко, общее мнение таково: 5G – это "выдающиеся услуги – в массы", то есть речь идет о коммуникациях между самыми разными объектами и субъектами, в любом месте и в любое время, причем именно с высочайшим качеством услуг. Это означает и очень высокую скорость передачи данных (до 10 Гбит/с), и большую надежность соединения, и сверхмалые задержки (не более 1 мс), и многое другое. Для всего этого нужен набор технологий, которые пока являются объектами исследований.
Прежде всего, необходимы новые подходы к технологиям передачи данных. Здесь можно выделить два больших поля для исследований. С одной стороны необходимо повысить спектральную эффективность систем передачи в диапазоне ниже 6 ГГц, поскольку этот спектр сегодня используется чрезвычайно интенсивно. Все современные системы связи, включая 4G, работают в этом диапазоне. Но он еще не до конца исчерпал свои возможности. Причем, помимо спектральной эффективности, важна и энергоэффективность. Приведу лишь один пример[1]. Крупнейший в мире оператор сотовой связи China Mobile в 2012 году израсходовал 14 млрд. кВт∙ч электроэнергии в своей сети из 1,1 млн. базовых станций. А сегодня в сетях China Mobile добавилось еще 800 тыс. базовых станций, то есть энергопотребление выросло более чем на 70%. И значительную долю этой энергии расходуют усилители мощности.
Не менее важная область исследований – миллиметровый диапазон длин волн. Он предоставляет возможности для удивительно быстрой передачи информации, на уровне гигабит в секунду. Как следует из закона Шеннона, для таких скоростей нужна широкая полоса. Сегодня спектральные ресурсы в сантиметровых диапазонах заняты, тогда как в миллиметровом диапазоне как раз есть свободные широкие полосы. Однако до сих пор никто не занимался мобильным многопользовательским доступом на этих частотах. Может быть, подобные исследования проводили немногочисленные военные структуры в рамках специальных задач – но не в массовой мобильной связи.
Особого внимания требует архитектура самих сетей радиодоступа. Мы уже сегодня говорим о гетерогенных беспроводных сетях (HetNet), но завтра они станут еще сложнее. Например, данные в восходящих и нисходящих каналах (от абонента к базовой станции и наоборот) могут передаваться на основе различных технологий, даже в разных диапазонах частот. Добавьте сюда развитие прямой коммуникации между абонентскими устройствами, без привлечения ресурсов сети. Все это означает необходимость разработки нового принципа построения и функционирования беспроводных сетей доступа, который будет кардинально отличаться от сегодняшнего.
Еще один аспект – централизация сетевых ресурсов. В частности, это означает, что стек протоколов сети радиодоступа может поддерживаться не в базовой станции (как сейчас), а в некоем центре управления, даже в облаке (именно такова концепция сетей C-RAN, которая уже сегодня реализуется для систем 4G). При этом базовые станции лишатся основных функций обработки сигналов и превратятся в систему относительно простых приемопередатчиков, которые обмениваются с центром обработки непосредственно квадратурными составляющими сигналов (т. е. данными для модулятора, что исключает цифровую обработку в самой базовой станции). Конечно, такой подход потребует перестройки архитектуры опорных сетей.
Наконец, обращу особое внимание на высокоскоростные цифровые технологии. Если я хочу, чтобы мой карманный смартфон поддерживал обмен со скоростью 5 Гбит/с, то ему необходимы соответствующие вычислительные ресурсы – иначе как он обработает такой поток данных? Это значит, что цифровые интегральные схемы должны стать много быстрее современных. Аналогично, волоконно-оптические линии связи в опорных сетях, например связывающие базовые станции с центрами коммутации, должны работать с гораздо большей скоростью, чем сейчас. Больший трафик, меньшие задержки и централизация сетей радиодоступа – все это вызов для разработчиков технологий оптической передачи, в том числе на уровне систем цифровой обработки.
Какова роль Keysight в развитии технологий, которые лягут в основу систем 5G?
Как мы отметили, ключевые технологии, которые будут определять облик систем 5G – это микроэлектронные технологии цифровых интегральных схем, технологии обеспечения энергетической и спектральной эффективности, технологии передачи в миллиметровом диапазоне, волоконно-оптические технологии. И я горжусь, что во всех этих областях у Keysight есть фундаментальные решения для измерений – как аппаратные, так и программные. Но едва ли не самое важное – в компании работают специалисты, имеющие большой опыт в каждом из этих направлений.
Например, измерениями в миллиметровом диапазоне наша компания – тогда еще Hewlett-Packard – начала заниматься еще в 1980-е годы. До сих пор миллиметровый диапазон использовался для систем связи точка-точка или для специфических задач в аэрокосмической сфере, и мы активно работали в этих областях. Аналогично, наша компания с самого начала была вовлечена в коммерческую беспроводную связь. В результате мы накопили достаточный опыт, который теперь можем использовать в новой области – 5G. Конечно, это наше огромное преимущество.
Мы – часть современной индустрии. И нам нужно определить, что в сфере 5G необходимо отрасли телекоммуникаций сегодня – для проведения исследований, через два-три года – для промышленных разработок, когда начнется процесс стандартизации и все перейдут к созданию реального оборудования. Это значит, что сейчас мы начинаем с построения измерительных систем на основе приборов общего назначения. И далее идем путем их последовательной оптимизации, чтобы создать именно те законченные решения, которые идеально будут соответствовать потребностям промышленности. Такая потребность, вероятно, возникнет года через три – к тому моменту, когда на 5G начнется выделение существенных финансовых средств.
Благодаря своему опыту и возможностям мы очень активно вовлечены в исследования в области 5G. Keysight участвует в работе ряда международных консорциумов, в частности, в проектах крупнейшей рамочной программы исследований и инноваций Horizon 2020 Евросоюза. Мы являемся членами таких организаций, как 5G Forum (Ю. Корея) и Future Forum (КНР). Тесно сотрудничаем с университетами. В частности, участвуем в программе WIRELESS Industrial Affiliate Нью-Йоркского университета (NYU), направленной на исследования в мм-диапазоне. Ведем работу с исследовательским центром Квангвунского университета в Сеуле (Kwangwoon University Radio Research Center). Развивается сотрудничество с Национальным университетом Тайваня.
Мы активно работаем и с крупными коммерческими компаниями – именно крупными, поскольку исследования в области 5G сегодня означают высокие риски, которые могут себе позволить не все. Конечно, я просто физически не смогу рассказать о всех проектах, поэтому остановлюсь лишь на одном из них, результаты которого были представлены на выставке MWC 2015. Речь идет о совместном проекте с Исследовательским институтом компании China Mobile Communications (CMRI).
Мы уже два года ведем совместные исследования c CMRI в области MIMO-систем. Создается реконфигурируемая адаптивная антенная система с перестраиваемой диаграммой направленности, работающая в диапазоне частот ниже 6 ГГц. Формирование направленного луча – это один из путей повышения спектральной эффективности за счет пространственного мультиплексирования, что важно для систем 5G. В основе этой масштабируемой антенной решетки – созданный CMRI активный трансивер SmarTile ("интеллектуальная плитка"). На выставке представлен демонстрационный образец MIMO-системы с 15 элементами. Но это лишь прототип будущей системы с гораздо большим числом элементов. Сейчас каждый узел SmarTile поддерживает два канала, но в перспективе планируется увеличить их до восьми.
Очень важно, что MIMO-система на основе SmarTile – это элемент централизованной сети радиодоступа С-RAN. Концепцию C-RAN (еще ее называют облачной сетью радиодоступа) также предложил CMRI в 2010 году, сейчас она поддержана ведущими операторами и производителями. Мы начинали сотрудничать с CMRI в области С-RAN, а теперь совместно работаем и в направлении MIMO. В данном исследовании зона ответственности Keysight – вопросы измерений, калибровки и аттестации MIMO-систем.
Какие еще решения в области 5G вы представляете на MWC 2015?
В этом направлении мы демонстрируем два системных решения. Одно из них – это комплекс для измерений параметров каналов миллиметрового диапазона, в том числе для MIMO-систем. Задача измерений свойств и характеристик радиоканала в миллиметровом диапазоне крайне важна именно сегодня. Ведь на основе таких измерений строится математическая модель канала передачи, которая затем ляжет в основу последующих разработок оборудования и систем.
Комплекс построен на приборах Keysight общего назначения, однако они обладают уникальными характеристиками. Так, для формирования сигналов с различными схемами модуляции используется генератор сигналов произвольной формы M8190A. Он обеспечивает генерацию сигналов с частотой дискретизации до 8 Гвыб./с (гигавыборок в секунду) с разрешением ЦАП до 14 бит (или 12 Гвыб./с с разрешением 12 бит) с аналоговой полосой до 5 ГГц и динамическим диапазоном до 90 дБ. Сгенерированные сигналы модулируют несущую в миллиметровом диапазоне. Для этого применяется векторный генератор E8267D PSG с частотой до 44 ГГц (с помощью внешних смесителей возможны частоты от 75 до 1,1 ТГц) и полосой квадратурных составляющих до 2 ГГц. Сгенерированные сигналы можно направлять на многоканальную MIMO-антенну.
На приемной стороне, после антенны, мы используем понижающий преобразователь M9362AD01 с частотным диапазоном до 50 ГГц. Он поддерживает четыре когерентных канала с полосой до 1,5 ГГц. Для захвата сигнала применяется высокоскоростной дигитайзер M97031A. Этот 12-разрядный цифровой приемник с восемью каналами с полосой по 2 ГГц обеспечивает частоту дискретизации в каждом канале до 1,6 Гвыб./с.
Но все это – только аппаратная часть. Кроме того, комплекс измерений миллиметровых каналов использует наше новое ПО – библиотеку 5G Baseband Exploration Library. Это новейший инструмент для разработки и моделирования решений в области 5G. Библиотека содержит большое разнообразие моделей сигнальных конструкций, включая ортогональные и неортогональные многочастотные сигнальные схемы, а также модели обработки сигналов для формирования заданных диаграмм направленности антенных систем и MIMO-сигналов. Также в библиотеку входят базовые модели приемников и передатчиков.
Принципиально, что наш комплекс, за счет программных и аппаратных решений, позволяет проводить измерения в реальном времени, получать мгновенные значения сигнала, даже величины доплеровских сдвигов частот. Причем мы можем генерировать разнообразные широкополосные сигналы, псевдослучайные импульсные последовательности и т. д. Зная параметры переданного и принятого сигналов, можно очень точно рассчитать импульсный отклик канала – основу для математической модели, на базе которой можно проектировать телекоммуникационные системы и оборудование.
Все это позволяет проводить реальные измерения в радиоканале, используя различные сигнально-кодовые конструкции, исследуя разнообразные схемы модуляции. А затем полученные характеристики каналов можно экстрактировать в САПР SystemVue и использовать для моделирования системы передачи в целом. Этот пакет разработок системного уровня и моделирования теперь входит в библиотеку 5G Baseband Exploration Library.
Второе решение в области 5G, которое мы представили на MWC 2015, – это гибкая тестовая система. Она предназначена для исследований не только в миллиметровом диапазоне, но и в полосах ниже 6 ГГц. Система также построена на стандартном оборудовании. В частности, для исследований в сантиметровом диапазоне мы представили два новых прибора в форм-факторе PXIe: векторный анализатор сигналов M9391A и векторный генератор M9381A, – работающих на частотах до 6 ГГц. В комплекс входит также генератор сигналов произвольной формы, осциллограф и повышающий преобразователь для работы в миллиметровом диапазоне. И конечно, неотъемлемый элемент комплекса – программное обеспечение. Помимо уже описанных возможностей, библиотека 5G Baseband Exploration Library включает новый пакет для нашей известной системы создания сигналов Signal Studio. Новая программа N7608B Signal Studio for Custom Modulation – это удобный инструмент для формирования различных сигнально-кодовых конструкций, прежде всего, для диапазонов ниже 6 ГГц, поскольку именно там особенно актуальна спектральная эффективность. Например, в библиотеку входят модели таких схем модуляции, как многочастотная модуляция с банком фильтров (Filter Bank Multicarrier, FBMC), где пользователи могут создавать собственные наборы фильтров. Эта схема модуляции – один из возможных кандидатов в клуб 5G, но далеко не единственный. Для их сравнительного анализа и предназначена наша система.
Построение каналов связи в миллиметровом диапазоне с точки зрения аппаратуры во многом подобно каналам связи волоконно-оптических линий – у них уже сопоставимы скорости передачи и ширина полос модуляции. Насколько возможно использовать подходы, уже наработанные в волоконно-оптической связи, для систем миллиметрового диапазона?
Действительно, в волоконной оптике важно генерировать очень широкополосный сигнал, который затем используется для модуляции оптической несущей. Для этого применяются наши генераторы сигналов произвольной формы. Посмотрите на их характеристики – 8 Гвыб./c с разрешением 14 бит – это очень быстро, фактически мы говорим про прямой цифровой синтез, что на таких скоростях еще несколько лет назад казалось фантастикой. На приемной стороне мы используем аналогичные высокоскоростные системы, в частности, цифровой приемник с восемью каналами по 1,6 Гвыб./с при разрешении 12 бит. Не забудьте про осциллографы серии Z (DSOZ634A) с аналоговой полосой 63 ГГц для двух каналов (или 33 ГГц при четырех когерентных каналах). Изначально подобные инструменты создавались именно для волоконно-оптических систем связи. В них используются уникальные технологии на основе наших собственных интегральных СВЧ-схем, в том числе на основе InP-технологий.
И весь этот потенциал мы можем использовать для измерений в радиоканале. Собственно, многие подходы для измерительных комплексов для 5G, которые мы сегодня демонстрируем, с успехом применяются нашим отделом цифровых фотонных измерений. В этом и состоит одно из преимуществ Keysight, о котором я уже говорил, – мы обладаем огромным опытом и багажом знаний в различных областях. Поэтому хоть направление 5G для нас, как и для всех участников рынка, совсем новое, мы уже сегодня можем предложить достойные решения для исследований в данной сфере.
Спасибо за интересный рассказ.
С Р. Николсом беседовали С. Попов и И. Шахнович
Действительно, сегодня нет единого понимания, что такое 5G. В основном специалисты во всем мире скажут: "Мы пока еще не знаем, что такое 5G". Но есть и другие мнения, причем уже достаточно консолидированные. Возможно, лучше всего их выражает консорциум METIS, созданный
Евросоюзом. Если кратко, общее мнение таково: 5G – это "выдающиеся услуги – в массы", то есть речь идет о коммуникациях между самыми разными объектами и субъектами, в любом месте и в любое время, причем именно с высочайшим качеством услуг. Это означает и очень высокую скорость передачи данных (до 10 Гбит/с), и большую надежность соединения, и сверхмалые задержки (не более 1 мс), и многое другое. Для всего этого нужен набор технологий, которые пока являются объектами исследований.
Прежде всего, необходимы новые подходы к технологиям передачи данных. Здесь можно выделить два больших поля для исследований. С одной стороны необходимо повысить спектральную эффективность систем передачи в диапазоне ниже 6 ГГц, поскольку этот спектр сегодня используется чрезвычайно интенсивно. Все современные системы связи, включая 4G, работают в этом диапазоне. Но он еще не до конца исчерпал свои возможности. Причем, помимо спектральной эффективности, важна и энергоэффективность. Приведу лишь один пример[1]. Крупнейший в мире оператор сотовой связи China Mobile в 2012 году израсходовал 14 млрд. кВт∙ч электроэнергии в своей сети из 1,1 млн. базовых станций. А сегодня в сетях China Mobile добавилось еще 800 тыс. базовых станций, то есть энергопотребление выросло более чем на 70%. И значительную долю этой энергии расходуют усилители мощности.
Не менее важная область исследований – миллиметровый диапазон длин волн. Он предоставляет возможности для удивительно быстрой передачи информации, на уровне гигабит в секунду. Как следует из закона Шеннона, для таких скоростей нужна широкая полоса. Сегодня спектральные ресурсы в сантиметровых диапазонах заняты, тогда как в миллиметровом диапазоне как раз есть свободные широкие полосы. Однако до сих пор никто не занимался мобильным многопользовательским доступом на этих частотах. Может быть, подобные исследования проводили немногочисленные военные структуры в рамках специальных задач – но не в массовой мобильной связи.
Особого внимания требует архитектура самих сетей радиодоступа. Мы уже сегодня говорим о гетерогенных беспроводных сетях (HetNet), но завтра они станут еще сложнее. Например, данные в восходящих и нисходящих каналах (от абонента к базовой станции и наоборот) могут передаваться на основе различных технологий, даже в разных диапазонах частот. Добавьте сюда развитие прямой коммуникации между абонентскими устройствами, без привлечения ресурсов сети. Все это означает необходимость разработки нового принципа построения и функционирования беспроводных сетей доступа, который будет кардинально отличаться от сегодняшнего.
Еще один аспект – централизация сетевых ресурсов. В частности, это означает, что стек протоколов сети радиодоступа может поддерживаться не в базовой станции (как сейчас), а в некоем центре управления, даже в облаке (именно такова концепция сетей C-RAN, которая уже сегодня реализуется для систем 4G). При этом базовые станции лишатся основных функций обработки сигналов и превратятся в систему относительно простых приемопередатчиков, которые обмениваются с центром обработки непосредственно квадратурными составляющими сигналов (т. е. данными для модулятора, что исключает цифровую обработку в самой базовой станции). Конечно, такой подход потребует перестройки архитектуры опорных сетей.
Наконец, обращу особое внимание на высокоскоростные цифровые технологии. Если я хочу, чтобы мой карманный смартфон поддерживал обмен со скоростью 5 Гбит/с, то ему необходимы соответствующие вычислительные ресурсы – иначе как он обработает такой поток данных? Это значит, что цифровые интегральные схемы должны стать много быстрее современных. Аналогично, волоконно-оптические линии связи в опорных сетях, например связывающие базовые станции с центрами коммутации, должны работать с гораздо большей скоростью, чем сейчас. Больший трафик, меньшие задержки и централизация сетей радиодоступа – все это вызов для разработчиков технологий оптической передачи, в том числе на уровне систем цифровой обработки.
Какова роль Keysight в развитии технологий, которые лягут в основу систем 5G?
Как мы отметили, ключевые технологии, которые будут определять облик систем 5G – это микроэлектронные технологии цифровых интегральных схем, технологии обеспечения энергетической и спектральной эффективности, технологии передачи в миллиметровом диапазоне, волоконно-оптические технологии. И я горжусь, что во всех этих областях у Keysight есть фундаментальные решения для измерений – как аппаратные, так и программные. Но едва ли не самое важное – в компании работают специалисты, имеющие большой опыт в каждом из этих направлений.
Например, измерениями в миллиметровом диапазоне наша компания – тогда еще Hewlett-Packard – начала заниматься еще в 1980-е годы. До сих пор миллиметровый диапазон использовался для систем связи точка-точка или для специфических задач в аэрокосмической сфере, и мы активно работали в этих областях. Аналогично, наша компания с самого начала была вовлечена в коммерческую беспроводную связь. В результате мы накопили достаточный опыт, который теперь можем использовать в новой области – 5G. Конечно, это наше огромное преимущество.
Мы – часть современной индустрии. И нам нужно определить, что в сфере 5G необходимо отрасли телекоммуникаций сегодня – для проведения исследований, через два-три года – для промышленных разработок, когда начнется процесс стандартизации и все перейдут к созданию реального оборудования. Это значит, что сейчас мы начинаем с построения измерительных систем на основе приборов общего назначения. И далее идем путем их последовательной оптимизации, чтобы создать именно те законченные решения, которые идеально будут соответствовать потребностям промышленности. Такая потребность, вероятно, возникнет года через три – к тому моменту, когда на 5G начнется выделение существенных финансовых средств.
Благодаря своему опыту и возможностям мы очень активно вовлечены в исследования в области 5G. Keysight участвует в работе ряда международных консорциумов, в частности, в проектах крупнейшей рамочной программы исследований и инноваций Horizon 2020 Евросоюза. Мы являемся членами таких организаций, как 5G Forum (Ю. Корея) и Future Forum (КНР). Тесно сотрудничаем с университетами. В частности, участвуем в программе WIRELESS Industrial Affiliate Нью-Йоркского университета (NYU), направленной на исследования в мм-диапазоне. Ведем работу с исследовательским центром Квангвунского университета в Сеуле (Kwangwoon University Radio Research Center). Развивается сотрудничество с Национальным университетом Тайваня.
Мы активно работаем и с крупными коммерческими компаниями – именно крупными, поскольку исследования в области 5G сегодня означают высокие риски, которые могут себе позволить не все. Конечно, я просто физически не смогу рассказать о всех проектах, поэтому остановлюсь лишь на одном из них, результаты которого были представлены на выставке MWC 2015. Речь идет о совместном проекте с Исследовательским институтом компании China Mobile Communications (CMRI).
Мы уже два года ведем совместные исследования c CMRI в области MIMO-систем. Создается реконфигурируемая адаптивная антенная система с перестраиваемой диаграммой направленности, работающая в диапазоне частот ниже 6 ГГц. Формирование направленного луча – это один из путей повышения спектральной эффективности за счет пространственного мультиплексирования, что важно для систем 5G. В основе этой масштабируемой антенной решетки – созданный CMRI активный трансивер SmarTile ("интеллектуальная плитка"). На выставке представлен демонстрационный образец MIMO-системы с 15 элементами. Но это лишь прототип будущей системы с гораздо большим числом элементов. Сейчас каждый узел SmarTile поддерживает два канала, но в перспективе планируется увеличить их до восьми.
Очень важно, что MIMO-система на основе SmarTile – это элемент централизованной сети радиодоступа С-RAN. Концепцию C-RAN (еще ее называют облачной сетью радиодоступа) также предложил CMRI в 2010 году, сейчас она поддержана ведущими операторами и производителями. Мы начинали сотрудничать с CMRI в области С-RAN, а теперь совместно работаем и в направлении MIMO. В данном исследовании зона ответственности Keysight – вопросы измерений, калибровки и аттестации MIMO-систем.
Какие еще решения в области 5G вы представляете на MWC 2015?
В этом направлении мы демонстрируем два системных решения. Одно из них – это комплекс для измерений параметров каналов миллиметрового диапазона, в том числе для MIMO-систем. Задача измерений свойств и характеристик радиоканала в миллиметровом диапазоне крайне важна именно сегодня. Ведь на основе таких измерений строится математическая модель канала передачи, которая затем ляжет в основу последующих разработок оборудования и систем.
Комплекс построен на приборах Keysight общего назначения, однако они обладают уникальными характеристиками. Так, для формирования сигналов с различными схемами модуляции используется генератор сигналов произвольной формы M8190A. Он обеспечивает генерацию сигналов с частотой дискретизации до 8 Гвыб./с (гигавыборок в секунду) с разрешением ЦАП до 14 бит (или 12 Гвыб./с с разрешением 12 бит) с аналоговой полосой до 5 ГГц и динамическим диапазоном до 90 дБ. Сгенерированные сигналы модулируют несущую в миллиметровом диапазоне. Для этого применяется векторный генератор E8267D PSG с частотой до 44 ГГц (с помощью внешних смесителей возможны частоты от 75 до 1,1 ТГц) и полосой квадратурных составляющих до 2 ГГц. Сгенерированные сигналы можно направлять на многоканальную MIMO-антенну.
На приемной стороне, после антенны, мы используем понижающий преобразователь M9362AD01 с частотным диапазоном до 50 ГГц. Он поддерживает четыре когерентных канала с полосой до 1,5 ГГц. Для захвата сигнала применяется высокоскоростной дигитайзер M97031A. Этот 12-разрядный цифровой приемник с восемью каналами с полосой по 2 ГГц обеспечивает частоту дискретизации в каждом канале до 1,6 Гвыб./с.
Но все это – только аппаратная часть. Кроме того, комплекс измерений миллиметровых каналов использует наше новое ПО – библиотеку 5G Baseband Exploration Library. Это новейший инструмент для разработки и моделирования решений в области 5G. Библиотека содержит большое разнообразие моделей сигнальных конструкций, включая ортогональные и неортогональные многочастотные сигнальные схемы, а также модели обработки сигналов для формирования заданных диаграмм направленности антенных систем и MIMO-сигналов. Также в библиотеку входят базовые модели приемников и передатчиков.
Принципиально, что наш комплекс, за счет программных и аппаратных решений, позволяет проводить измерения в реальном времени, получать мгновенные значения сигнала, даже величины доплеровских сдвигов частот. Причем мы можем генерировать разнообразные широкополосные сигналы, псевдослучайные импульсные последовательности и т. д. Зная параметры переданного и принятого сигналов, можно очень точно рассчитать импульсный отклик канала – основу для математической модели, на базе которой можно проектировать телекоммуникационные системы и оборудование.
Все это позволяет проводить реальные измерения в радиоканале, используя различные сигнально-кодовые конструкции, исследуя разнообразные схемы модуляции. А затем полученные характеристики каналов можно экстрактировать в САПР SystemVue и использовать для моделирования системы передачи в целом. Этот пакет разработок системного уровня и моделирования теперь входит в библиотеку 5G Baseband Exploration Library.
Второе решение в области 5G, которое мы представили на MWC 2015, – это гибкая тестовая система. Она предназначена для исследований не только в миллиметровом диапазоне, но и в полосах ниже 6 ГГц. Система также построена на стандартном оборудовании. В частности, для исследований в сантиметровом диапазоне мы представили два новых прибора в форм-факторе PXIe: векторный анализатор сигналов M9391A и векторный генератор M9381A, – работающих на частотах до 6 ГГц. В комплекс входит также генератор сигналов произвольной формы, осциллограф и повышающий преобразователь для работы в миллиметровом диапазоне. И конечно, неотъемлемый элемент комплекса – программное обеспечение. Помимо уже описанных возможностей, библиотека 5G Baseband Exploration Library включает новый пакет для нашей известной системы создания сигналов Signal Studio. Новая программа N7608B Signal Studio for Custom Modulation – это удобный инструмент для формирования различных сигнально-кодовых конструкций, прежде всего, для диапазонов ниже 6 ГГц, поскольку именно там особенно актуальна спектральная эффективность. Например, в библиотеку входят модели таких схем модуляции, как многочастотная модуляция с банком фильтров (Filter Bank Multicarrier, FBMC), где пользователи могут создавать собственные наборы фильтров. Эта схема модуляции – один из возможных кандидатов в клуб 5G, но далеко не единственный. Для их сравнительного анализа и предназначена наша система.
Построение каналов связи в миллиметровом диапазоне с точки зрения аппаратуры во многом подобно каналам связи волоконно-оптических линий – у них уже сопоставимы скорости передачи и ширина полос модуляции. Насколько возможно использовать подходы, уже наработанные в волоконно-оптической связи, для систем миллиметрового диапазона?
Действительно, в волоконной оптике важно генерировать очень широкополосный сигнал, который затем используется для модуляции оптической несущей. Для этого применяются наши генераторы сигналов произвольной формы. Посмотрите на их характеристики – 8 Гвыб./c с разрешением 14 бит – это очень быстро, фактически мы говорим про прямой цифровой синтез, что на таких скоростях еще несколько лет назад казалось фантастикой. На приемной стороне мы используем аналогичные высокоскоростные системы, в частности, цифровой приемник с восемью каналами по 1,6 Гвыб./с при разрешении 12 бит. Не забудьте про осциллографы серии Z (DSOZ634A) с аналоговой полосой 63 ГГц для двух каналов (или 33 ГГц при четырех когерентных каналах). Изначально подобные инструменты создавались именно для волоконно-оптических систем связи. В них используются уникальные технологии на основе наших собственных интегральных СВЧ-схем, в том числе на основе InP-технологий.
И весь этот потенциал мы можем использовать для измерений в радиоканале. Собственно, многие подходы для измерительных комплексов для 5G, которые мы сегодня демонстрируем, с успехом применяются нашим отделом цифровых фотонных измерений. В этом и состоит одно из преимуществ Keysight, о котором я уже говорил, – мы обладаем огромным опытом и багажом знаний в различных областях. Поэтому хоть направление 5G для нас, как и для всех участников рынка, совсем новое, мы уже сегодня можем предложить достойные решения для исследований в данной сфере.
Спасибо за интересный рассказ.
С Р. Николсом беседовали С. Попов и И. Шахнович
Отзывы читателей
