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系统架构

产品描述

针对以上的行业需求和挑战，工程师需要灵活的硬件/软件平台以及先进的开发流程来解决。威视锐因此推出了面向大规模大带宽同步应用的高性能可编程 SDR平台-MatrixRF。

MatrixRF可以实现高度可伸缩的射频通道组合，从最少的8T8R到最多256T256R，弹性带宽最高可达2GHz，频段覆盖DC到60GHz毫米波。提供自动校准单元，适配定制化的天线阵列。

MatrixRF 的信号处理部分基于 FPGA + x86 的架构，可以扩展 GPU 加速卡。采用全开源架构，支持各种开发工具，提供丰富的参考设计和系统框架，加速复杂系统原型的开发验证。

大规模信道仿真与模拟

行业需求

Massive MIMO（大规模天线技术，亦称为Large Scale MIMO）是第五代移动通信（5G）中提高系统容量和频谱利用率的关键技术。大规模MIMO系统的空间分辨率与现有MIMO系统相比显著提高，它能深度挖掘空间维度资源，使得基站覆盖范围内的多个用户在同一时频资源上利用大规模MIMO提供的空间自由度与基站同时进行通信，提升频谱资源在多个用户之间的复用能力，从而在不需要增加基站密度和带宽的条件下大幅度提高频谱效率。其优势主要在于以下两方面：

5G虽然可以使用低于6GHz的低频频段，但是由于低频频段的资源有限，而5G对带宽的需求量又很大，因此大部分5G网络会部署在高频频段，即毫米波频段（mmWave）。高频段（如毫米波频段）时，只能使用包括了很多天线的天线阵列。使用多天线阵列的结果是，波束变得非常窄。可行的解决方案是：增加发射天线和接收天线的数量，即设计一个多天线阵列。

任何具有RF / mmWave设计或测试经验的人都会明白，设计/测试的复杂性和难度会随着信号路径的增加呈指数级增长。即使假设设计正确完成，您也必须确保所有信号路径和天线都经过适当校准，以便天线系统按预期工作。校准那些巨大数量的天线路径绝对是一项具有挑战性的任务。多通道同步和自动校准技术是5G Massive MIMO系统实现的主要技术挑战。

Massive MIMO的动力是增加指定目标设备的方向性和增益。另一个动机（或由波束形成引起的要求）是实现MU-MIMO（多用户MIMO）。然而，随着使用更多天线并且更多用户被瞄准，调度和预编码将变得更复杂。如何处理这种情况将是一个大问题。高性能实时信号处理是5G Massive MIMO系统性能的瓶颈之一。

相控阵雷达

相控阵雷达不仅与5G网络共享相同的频段，而且其波束成形技术（如图2）也与5G相似。毕竟，天线波束是由每个天线单元接收或辐射信号的相长和相消干涉形成的。无论是尖端的军事防御系统，还是5G基站的流视频应用，都是如此，因为形成波束的数学原理是完全一样的。5G移动应用也将增加实时跟踪特性。业界在5G网络的低成本相控阵天线、波束成形算法，以及相位和幅度可调元器件技术方面的大量投资也将为高端军事系统带来成本改善和生产率的提高。另外一个好处是：用于验证波束成形设计的多通道测试设备将可用于民用5G和相控阵雷达应用两方面。但是，雷达信号对射频的带宽和频段有一定要求，需要达到GHz超大带宽和毫米波频段。

5G Massive MIMO

无线频谱的高效利用是包括5G在内的移动通信应用的基础性难题，AI的发展进步为解决这一问题提供了多种可能解决方案，但评估各种方案孰优孰劣，就需要有一个能反映真实应用场景的全面的仿真验证环境来进行验证。始于2016年的美国防部高级研究计划局（DARPA）的为期三年的“频谱协作挑战赛”（Spectrum Collaboration Challenge，简称SC2），就是一个面向这一问题的典型项目。

未来无线电频谱资源的需求将会不断飙升。近年来，无线数据传输年增长率达到50%，这背后主要的驱动力包括：人们在智能手机上随时播放视频和浏览社交媒体需求，5G所支持的万物互联、虚拟/增强现实、人工智能、自动驾驶等新应用生态迸发的高带宽、低延迟需求。为了满足这些需求，除了不断增加可供5G等无线网络使用的频谱资源外，尽可能提高频谱利用效率也是必需探索的路径。

信道仿真系统为大规模军民领域电磁频谱使用和管理方案研究、测试、验证等提供了理想的解决方案。信道仿真系统可以实现包括手机、军用无线电、物联网设备和其他无线通信设备在内的数百种无线通信设备之间的交互，并可实现高保真的无线通信信号穿越、反弹、回声仿真，将真实信号从发射机转发到接收机。

信道仿真系统除了拥有足够的计算能力之外，还要具备灵活友好的开发环境，支持主流的开发工具和编程语言。系统和算法开发人员更熟悉软件的开发流程，有时候还会用到GPU加速算法，因此异构可扩展的架构才能满足下一代无线系统开发的需求。

MatrixRF 系统由 PRU 可编程射频前端、PAC 可编程加速卡、PAS 可编程算法服务器三部分构成。

典型场景

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