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5G 高性能接收机测试仪表的设计与实现
发布时间:2022-08-03浏览次数:178

  团公司第四十一研究所(1.中国电子科技集,233010安徽 蚌埠 ;表(安徽)有限公司2.中电科仪器仪,233010安徽 蚌埠 ;术安徽省重点实验室3.电子信息测试技,233010安徽 蚌埠 )

  逐渐进入商用阶段摘 要:随着5G,外网测试都离不开高性能接收机测试仪表基站侧和终端侧的5G关键技术验证和,适应5G关键技术测试需要常规的接收机仪表也很难。难点进行研究分析本文主要针对以上,实现一种高性能接收机测试仪表通过优化升级软硬件方式设计,吞吐量测试需求保证能够满足高,良好的交互体验同时为用户提供。测试的有效性和友好性测试结果验证了该仪表。

  自诞生以来移动通信,的爆发式增长经过三十多年,会的基础信息网络已成为连接人类社。刻改变了人们的生活方式移动通信的发展不仅深,提升社会信息化水平的重要引擎而且已成为推动国民经济发展、。成熟商用阶段随着4G进入,动通信(5G)已成为全球研发热点面向2020年及未来的第五代移。愿景中在5G,高容量和高速移动、低功耗大连接等场景明确的典型场景包括低时延高可靠、华体会真人平台热点,侧的接收机设计提出非常高的要求这些场景的实现对基站侧和终端。发技术试验阶段在目前5G研,试仪表对实现和验证5G关键技术具有重要意义如何通过设计实现一类高性能的高性能接收机测。

  带宽和物理层新算法等方面进行改进突破由于5G通信新技术方面对天线数、频谱,足如此大数据、高速率处理的要求之前通常的终端模拟装置很难满。母版总线传输方式来进行数据处理传输常用接收机仪器是射频、中频、基带和,assivaCA等测试场景的出现[1]但是随着Massive MIMO、M,量的并行处理分析显示等测试需要通过这种方式很难再进行大数据,场景上形成一个通用测试方法更无法实现在5G复杂应用。

  方面另一,续处理实时性、高速率数据流难度比较大常用的万兆以太网口通信测试接口来持,包的丢失和乱序很容易造成数据。上且是一个持续传输场景同时针对Gbit级以,序式方法处理难度也比较大常用的接收、解析和更新顺,析失败或者显示卡顿等问题很容易造成上位机软件解。以所,进行有效的改进处理如何针对这一情况,据的实时处理解析并提高接收机对数,户的交互体验提升仪表用,测试仪表能否成功的关键所在也是解决整个高性能接收机。以所,表中相关测试接口模块进行分析设计本文重点进行高性能接收机测试仪,下的高速率、实时性和稳定性数据测试问题解决高性能接收机测试仪表在新测试场景,境中的测试需要以满足真实环。

  1所示如图,表的整机实现原理框图为高性能接收机测试仪。端接收机处理模块两大部分[2]包括前端数据采集处理模块和后。

  中其,集处理模块前端数据采,频模块和基带处理模块包括射频接收模块、中;收模块射频接,阵列模块和信号通路切换模块包括信号处理变频模块、本振;列模块本振阵,产生本振信号被配置为用于,Hz~6 GHz频率为400 M;变频模块信号处理,线信号进行放大、滤波后被配置为用于对接收的无,振信号进行下变频处理与本振阵列产生的本,6 MHz频点处下变频到153.;切换模块信号通路,信号进行选择切换和滤波处理被配置为用于对下变频后的;模块中频,信号解映射转换处理模块和物理层同步预处理模块包括A/D转换模块、中频信号处理变换模块、;转换模块A/D,6 MHz中频模拟信号进行模数转换被配置为用于对输出的8路153.;理变换模块中频信号处,进行放大、滤波和CIC插值处理被配置为用于对转换后的数字信号;转换处理模块信号解映射,行信号解映射处理以及FFT频域处理被配置为用于对插值处理后的信号进,Q两路信号转化成I;预处理模块物理层同步,的信号进行同步头调整和物理层预解析参考信号处理被配置为用于对经过信号解映射转换处理模块处理后;理模块基带处,分析控制接口模块以及解析结果参数模块包括物理层模块、高层协议模块、调度;层模块物理,的各个信道进行解析处理被配置为用于对物理层,chronization Signal信道包括PSS(Primary Syn,Synchronization Signal主同步信号)、SSS(Secondary ,l Broadcast Channel辅同步信号)、PBCH(Physica, Downlink SharedChannel物理广播信道)、PDSCH(Physical,alUplink Shared Channel物理下行共享信道)和PUSCH(Physic,享信道)信道物理上行共; 议 模 块高 层 协,um AccessControl被配置为用于对MAC(Medi,dio LinkControl介质访问控制)/RLC(Ra,ta ConvergenceProtocol无线链路控制)/PDCP(PacketDa,o Resource Control分组数据汇聚协议)/RRC(Radi,-Access Stratum无线资源控制)/NAS(Non,消息进行解码处理非接入层)层信令;制接口模块调度分析控,频模块进行同步控制被配置为用于和中,协议模块进行调度分析并对物理层模块、高层;参数模块解析结果,信令、协议栈解析的IP数据流进行缓存存储转发处理[3—4]被配置为用于对物理层解析参数、协议栈侧的RRC/NAS解析;

  处理显示模块后端接收机,模块和UI界面显示模块包括万兆网口接收机处理;收机处理模块万兆网口接,线程模块和解析结果显示更新线程模块包括网口接收线程模块、数据解析处理;线程模块网口接收,网口的数据进行接收存储被配置为用于对万兆以太;理线程模块数据解析处,口数据进行解析处理被配置为用于对网;更新线程模块解析结果显示,的结果参数进行显示刷新被配置为用于对解析后,议层的MAC/RLC/PDCP/RRC/NAS信令解码显示[5]包括时域频域数据的曲线绘制和参数显示、物理层参数的参数显示、协。

  表软件设计实现过程中在高性能接收机测试仪,大数据量数据处理及实时性解析交互模块难点部分是后端接收机处理显示过程中的,满足高速率、大吞吐量测试要求常规的后端接收解析方法很难,前的方法进行改进所以需要针对之,方式和一级内存文件映射缓存方式故设计通过一级内存循环组包缓存,口数据流的实时存储实现后端万兆以太网,整接收高速率数据流保证了接收端能够完。如图2所示处理过程。

  处理显示模块中在后端接收机,口接收线程模块首先通过万兆网,理模块中的基带处理模块交互通信基于UDP方式和前端数据采集处,现网口数据流的接收和发送通信传输使用基于应用层面的标准套接字实,的Windows服务器平台实现平台是基于高速X86,endto函数实现网口的接收和发送数据功能基于传输通信使用的是recvfrom和s。骤如下具体步:

  接收线所示1)网口,组包模块处理首先进行循环,通过构造循环数据包进行一级内存缓存操作接收到的数据流进行循环组包处理:首先。时同,环数据包的文件存储处理使用多线程方式再进行循,口数据不会丢失保证整个原始网。

  szStream[N1×N2]①开辟1个一维数组 char ,1行即N,字节数据流每行N2;nHead通过使用,缓存szStream的使用情况nTail两个变量来维护当前,占用缓存的开始行标号nHead标识已被,占用缓存的结束行标号nTail标识已被。

  接收线个数据包②通过万兆网口,m起始位置偏移nTail×N2位置处则拷贝数据包到缓存的szStrea,标识nTail加1同时移动已占用缓存, nTail +1即nTail =。

   文 件 存 储 ③ 缓 存 数 据, 所 示 如 图 4, 存 映 射 文 件 处 理 方 法来 实 现 的 文 件 操作 是 通 过 多 线 程 技 术 和 内。中 其 ,ng、MapViewOfFile、UnmapViewOfFile在内的函数实现完成的内 存 映 射 文 件 处 理 方 法 是 通过包括CreateFileMappi;数据包到本地文件中定义每次保存Ns个,d×N 2 )位置处后的Ns×N2个数据点到本地存储文件通过多线程内存映射方式保存szStream+(nHea,数据头部nHead位置保存完成后移动已缓存,nHead + Ns即nHead = ,次数据包的文件存储继续循环进行下一,和nTial相等直至nHead。

  进行本地缓存的文件进行读取数据流操作3)数据解析处理线中万兆网口接收数据,的数据解析处理过程然后再进行应用层面,协议层的MAC/RLC/PDCP/RRC/NAS等信令解码显示包括时域频域数据的曲线绘制和参数显示、物理层参数的参数显示、,析处理后形成显示参数通过对这些内容的解,存循环组包模块和本地显示缓存文件模块最终提交至解析结果显示更新线)显示缓,2所示如图,显示模块的多样性由于显示参数及,成显示参数后在步骤3完,缓存循环组包处理和本地显示缓存文件处理针对每一类的显示过程都依次再进行显示,中其,5所示如图,块、波形曲线显示缓存模块和信令参数缓存模块每一类的显示过程具体分别为统计信息缓存模。缓存方式可以实现显示参数缓存功能处理通过再一次的一级内存缓存配合一级文件,新的流畅性和独立性保证了界面显示刷,缓存文件、波形曲线显示缓存文件和信令参数缓存文件中处理后的显示结果存储在本地对应的统计信息缓存显示。

  调度算法模块5)通过同步,显示缓存组包模块的同步处理保证数据解析处理线程模块和,示缓存组包模块间的处理速率匹配保证数据解析处理线程模块和显;实现过程中在同步调度,率值来进行相关的算法处理是通过监测缓存率和解析,执行时间片调度处理然后再进行线程的。

  存文件、波形曲线显示缓存文件和信令参数缓存文件直接进行更新处理6)通过解析结果显示更新线存储在本地对应的统计信息缓存显示缓,件的内容进行刷新结果操作通过检测各个独立缓存文,线绘制更新和信令参数更新操作分别进行统计信息显示、波形曲,接收、分析处理和显示工作最终完成整个后端数据的。

  端分离灵活设计方法和后端接口优化算法处理方式来进高性能接收机测试仪表在设计实现过程中主要通过前后行

  的实时解析处理、高速率业务,时延进行测试和以前传统方案进行分析对比所以在测试验证方面分别针对吞吐量和接口。中其,采用千兆以太网口进行数据接口传输由于传统的接收机仪表测试方案中,it数据流传输时故在高于1Gb,无法实现传输方案。6所示如图,丢包率统计过程中在吞吐量测试验证,优于传统方案本文方案明显,率越高随着速,丢包情况逐渐出现,控制在6%以下但是丢包率都会,吐量业务的传输完成可以很好的保证高吞。

  7所示如图,验证时延过程中在交互时延测试,显由于传输方案本文方案也明,交互体验方面特别是用户,方式下传输,b/s速率下在500 M,时延较大数据传输,程明显卡顿且交互过;接近2 Gb/s下而本文方案下即使在,延仍然较小数据传输时,延不到2 s且用户交互时,务下的实时传输显示交互功能基本实现了在高速率数据业。

  性能接收机测试仪表仪器本文为设计实现一类高,端模块分离通过前、后,口进行接口通信配合万兆以太网,信传输接口瓶颈问题解决之前母版总线通;时同,后端数据处理灵活性分离模式设计增强,处理聚合度提高数据,设备成本降低装置;接收处理过程中在后端以太网口,存方式实现了后端网口数据流的实时存储功能通过内存循环组包缓存方式和内存文件映射缓,接收高速率数据流能力保证了接收端能完整;解析处理过程中在后端接数据,调度算法实现了后端数据高速解析功能保证了接收机装置的解析显示能力通过多显示块的内存循环组包缓存方式、内存文件映射缓存方式和同步,的友好交互能力提高了与用户间。证明实践,速率业务的高吞吐量、高实时性本文方案方法可以有效地进行高和

  求需,也得到了验证在工程实践中,试仪表也有很好的借鉴作用对其他类似高性能接收机测。考文参献

  世界》2019年第9期第30页本文来源于科技期刊《电子产品,论文时引用欢迎您写,明出处并注。

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