A new way to accelerate 5G research

bySanjay Challa，Ni

软件定义的无线电（SDR）是用于评估具有现实信号和条件的新设计的标准，但SDR的现有软件工具妨碍了今天的创新。还有另一种方式。

As we share more data across our networks and look forward to more connected devices that offer the promise of a better standard of living, our technology approaches must scale to support this evolution.

今天对研究人员进行了评估具有现实世界信号的新设计的有效原型工具短缺。更糟糕的是，新的5G研究领域需要更多的系统设计视角，这为促进效率的设计工具和流程创造了大量需求。

Though software defined radio (SDR) is the de facto standard across laboratories in industry, academia and government for evaluating new designs with real-world signals and conditions, existing software tools for SDRs impede innovation today. These tools are not system oriented and lead to a disjointed, indirect design flow. In large part, the challenge emerges from the discontinuity between tools well suited for algorithm design and those required to program the hardware components of an SDR. The LabVIEW Communications System Design Suite can bridge this gap by providing a unified design flow from algorithm to hardware.

SDR提供灵活性，可帮助设计人员快速原型。这种灵活性主要来自计算元素，这些元素决定了现代SDR上的通用，宽带射频RF前端的行为：多核处理器和大型用户可编程FPGA。但是，在SDR上编程处理器和FPGA的传统工具呈现了快速原型的障碍。从算法改变到处理器上的实现和FPGA需要不同的专业化和工具。各种技术向量出血边缘的设计团队涉及太多人，并从事长期和昂贵的设计周期。结果不是一个平滑的迭代原型过程，有助于创新;相反，该过程阻碍了效率和创新。

现有的5G研究向量需要使用使用处理器和FPGA的现代SDR来快速原型。5G研究的目标是到2020年增加了1000次网络容量。密钥矢量包括毫米波（MMWAVE）带;大量多输入，多输出（MIMO）技术;新波形;小细胞研究。对于某些研究向量，例如大规模的MIMO，这些要求远远延长了设计工具和硬件选项，只需在单个SDR上即可访问处理器和FPGA。

大规模的MIMO涉及使用许多天线在较低功率下工作以更好地为更大的用户设备提供服务。这意味着原型设计了大规模的MIMO设计可以涉及需要并行工作的数十个单独的SDR。

Lund University has collaborated with NI to develop the world’s first 100-antenna Massive MIMO system (Figure 2). The Lund application coordinates 50 USRP RIO SDRs, which requires strict timing, triggering and synchronization, as well as design tools that can operate at scale so the design team can manipulate the prototype at a system level.

Though some tools and technologies enable synchronization or offer an effective design experience for the processor or FPGA, no solutions on the market provide a scalable, reasonable design platform for Massive MIMO. Unlike traditional approaches, LabVIEW Communications, the LTE and WiFi application frameworks, and NI SDR hardware form an integrated system-level design. This platform-based system offers the scalability and control needed for experiments such as Lund University’s 100-antenna Massive MIMO system, which has been subsequently replicated by various industry and academic groups.

该平台的好处是：开源IP，基于系统的统一设计流程和先进的FPGA编译器。

Open-source IP
LabVIEW Communications simplifies the prototyping experience with application frameworks that provide a proven starting point. These frameworks are comprised of documented, modifiable, standards-based source code for LTE and 802.11 PHYs. This unique combination enables designers to focus on the specific components they want to improve in their existing LTE and 802.11 designs instead of spending time building the requisite infrastructure they need to properly test the novel algorithms.

基于系统的统一设计流程
LabVIEW通信将一次不同的设计过程集成到基于系统的统一设计流程中，用于通信系统原型设计。它提供单个凝聚力的设计环境，可以针对处理器和FPGA。此硬件感知的设计环境包括SystemDesigner，设计人员可以用于验证系统设置，访问系统文档，描述系统架构，配置系统组件和分区以及将算法部署到硬件。此硬件 - 软件集成还提供对I / O，时钟，触发器和资源的访问，以消除对中间件和驱动程序开发的需求。

高级FPGA编译器
该程序中的高级FPGA编译器技术通过简化描述算法并随后映射到SDR硬件来增强灵活性。为了开发信号处理算法，设计人员可以使用附带的多速率图来连接以不同的速率运行的进程，而不会在过程之间进行握手，缓冲和排队数据的负担。一旦他们在多型图中设计了信号链，设计人员就可以依靠内置，交互式的数据驱动工具将设计转换为一个固定点，然后探索设计如何执行不同的要求。简单地定义时钟速率和算法的吞吐量允许底层编译器分析实现，并为设计人员要部署的SDR硬件提供特定的时序和资源估计。

有更好的方法
使用这些工具，设计人员不再需要了解底层部署硬件架构或手动解剖设计以了解不同实现之间的权衡。编译器会自动探讨展开循环的影响，然后分区内存，修改内存访问方案，然后选择不同的FPGA资源/组件。设计人员可以使用最佳的实现，基于编译器的反馈，实现最佳的实现。作为一个额外的好处，设计人员可以实现相当大的重用，因为核心算法是以更高级别的语言定义的，并且实现源自算法上强加的设计要求。

今天的系统设计人员需要一种设计流程，实现SDR的真正潜力，以获得快速原型设计。新的和苛刻的5G研究向量需要可以超越单个SDR的设计流程的工具，为包含数百个SDR提供的系统提供设计流程。设计人员需要访问直观的高级语言，可实现高效的算法设计和系统抽象，而不会牺牲低级接口进行优化。此外，设计人员需要硬件感知软件设计工具，以实现新的研究向量的系统级别的准确，现实世界的I / O，时钟和资源集成，如大规模MIMO。LabVIEW通信系统设计套件，LTE和WiFi应用框架和NI SDR硬件的组合为开发算法提供了一种基于急需的系统平台，并帮助设计人员更快创新。

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NI (National Instruments)
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