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传统的4G/5G实验室的问题

威视锐5G系统主要设备

传统的移动通信实验室按运营商的机房环境搭建,分成室外天馈系统、室内分布系统、室内主设备及操作维护系统等几个部分,设备庞大需要占用50~100平米空间,房间需要配备空调等制冷设施,电路需要单独改造。 运营商专用的维护软件操作过于复杂,系统设置繁琐,一旦出现故障,很难恢复。

设备体积庞大,操作复杂:

采用现网的设备搭建的平台,需要运行运营商网络适配的软件,功能全面,但是不适合高校教学应用;另外,现网的软件追求稳定,版本更新缓慢,技术容易过时。不能支持在线的升级服务。

升级困难, 技术容易过时:

基于现有商业4G/5G基站设备搭建的平台,通常是面向网络覆盖和专网应用的,为追求稳定性,往往是功能和协议固定的,不支持二次开发功能,不能根据客户实际应用场景来定制开发特定功能。

功能固定,不支持二次开发:

设备和软件与运营商的实际运行环境一致,比较适合为运营商培养网络维护人员,这样就业就比较狭窄。未来5G面向各个行业应用,需要不同层次的开发和设计人员。

应用场景单一,主要培养网优和运维人员,就业面窄:

  • 核心网采用一体化方案,可以在一台服务器上运行,包括 AMF、SMF、AUSF、UDM、UPF 等功能单元。 核心网支持第三方协议栈,根据实际用户数量,选择不同的配置。

    5G-CNS:核心网单元

    边缘计算单元采用一体化方案,提供独立的GPU加速卡,用于解决边缘的AI计算和视频处理,可以在5G网络的终端用户边缘实现实时处理。 边缘计算单元也可以用于网络上层业务的数据处理和功能展示,支持AR/VR业务等。

    5G-MEC: 边缘计算单元

  • 完成5G系统的CU和DU功能,集成了4G eNB和5G gNB功能,支持SA和NSA架构的5G网络,可以二次开发实现定制化功能。

    5G-CDU:  基站处理单元

    针对基带信号处理比较耗时的计算,提供硬件加速功能。基于Xilinx高性能的FPGA,实现并行算法处理。加速卡内置在基站处理单元机箱里面。

    5G-PAC: 协议加速卡

  • 5G的天线和射频单元,支持4T4R的TDD模式,最高带宽100MHz, 商用3.5GHz频段或者用户自定义频点,提供10dBm发射功率。可以通过功放增加覆盖范围。

    5G-AAU: 5G天线和射频单元

    配合NSA组网模式,提供4G LTE的射频收发单元,符合5G NSA 4G LTE标准。

    5G-NSARU: NSA模式射频单元

  • 5G终端侧设备是指用于接入5G网络的节点设备,通常包括手机、上网卡,CPE、工业模组等。 根据应用场景,终端设备也会融入一些计算能力,可以处理本地的数据,比如AI识别,智能检测等能力。

    5G终端侧设备构成

  • 提供5G信号转WiFi或者以太网功能, 可以让标准的网络设备和终端接入5G网络。支持4天线下行和2天线上行, 下行速率达到1.5Gbps,上行可达到300Mbps以上,充分发挥5G的带宽优势。

    5G-CPE:面向大带宽传输应用

  • 提供5G模组和开发板, 可以让标准的网络设备和终端接入5G网络。通过接口扩展,充分发挥5G广泛连接的优势。通过工业扩展接口,可以支持机械臂、机器人,无人车等各种应用设备,构建真实的5G场景。

    5G-UEK:支持灵活广泛的设备

提供用户设备(UE)、无线接入网(RAN)和核心网(CN)全套解决方案,支持二次开发

5G创新应用实验室

建设目标:

5G创新实验是一门通过让学生亲自体验工程项目开发的全过程,进而培养学生发现问题、勇于创新、团队协作、表达沟通、解决复杂工程问题等的工程综合能力的创新类专业核心课。本实验课程着重通过系列理论知识讲座、案例讲解、课堂研讨、上机实验和组网实验,培养学生以小组为单位、运用工程思维来解决实际问题的基本思维方法。因此,本课程不仅需要理解5G移动通信系统设计与实验的相关知识、概念和方法,更注重创新思维的培养、实践能力的锻炼以应用创新能力的提升。

课程特色可以归纳为以下几点

在长周期、充满挑战、充满未知、充满挫折的研发过程中,着力培养学生的耐力、恒心、不畏困难的坚韧毅力。

以面向应用的高难度系统工程为教学目标

5G是我国未来发展的重要科技战略,因此,教学内容必须体现前沿性与时代性,及时将新的学术研究、科技发展前沿成果引入课程,也保证了挑战度的实现。

以创新型5G应用场景为目标,突出创新性

5G移动通信系统本身作为信息高速公路,属于基础架构。因此教学过程必须坚持与应用融合,培养学生开放性思维,鼓励学生将应用构建与基础架构之上。

以5G专网平台为研究载体,鼓励学生开放性思维

整体系统方案

5G工业互联实验室的搭建

  • 面向工业现场的5G专网可以连接起来固定的和移动的机器人和各种传感器,协同工作,实现无人化的智慧工厂 。

    利用5G的低延迟/高可靠和海量连接特性,构建工业产线上的专用无线网络

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