Проект: Разработка модема абонентского устройства 5G NTN на основе DSP. Сокращенное название: Modem 5G NTN

В проекте планируется отработка алгоритмов и ПО модема для цифровой обработки сигналов на основе DSP с ядрами ARM, VSPA и E200. ПО модема включает в себя модуляции QPSK, QAM, QAM-16, QAM-64, а также OFDM, увязанные с другими блоками ПО физического уровня протокола 5G NTN rel17. Проект подразумевает создание решения, работающего с полосами частот до 800 МГц и пропускными способностями до 2 Гбит/с. Для отработки алгоритмов команде проекта будет предоставлены необходимые комплекты аппаратной платформы (прототипы изделий), доступ к отладочным платам и измерительному оборудованию, проведены необходимые курсы по введению в программирование DSP. Команда проекта будет иметь доступ к опытным наставникам, разработчикам, реализующим реальные проекты в области построения систем связи 5G. Формат работы подразумевает смешанное взаимодействие – часть работ может проводиться в режиме онлайн (с еженедельными meet up), часть работ будет проходить в лаборатории компании «Микран» - промышленного партнера ТУСУР.

С появлением 5G технологии возникла необходимость в более быстрой и стабильной передаче данных, что сделало модем одним из ключевых устройств для поддержания связи с сетью. Модем 5G имеет ряд преимуществ перед предыдущими версиями технологии, таких как более высокая скорость передачи данных, меньшая задержка и большая пропускная способность. Актуальность и востребованность модема для 5G обусловлена рядом факторов. Во-первых, повышенные требования к скорости и качеству передачи данных в современном мире, где все больше устройств работает по сети интернет. Стриминг медиа контента, онлайн игры, облачное хранилище – все это требует высокой скорости передачи данных. Модем 5G обеспечивает возможность получать и отправлять большие объемы информации практически мгновенно. Во-вторых, рост количества подключенных устройств к сети Интернет вещей (IoT) создает повышенный спрос на стабильное и быстрое соединение. Модем 5G способен обеспечить подключение большого количества устройств без потери скорости и качества связи. Таким образом, модем для 5G имеет большую актуальность и востребованность в современном мире благодаря своим преимуществам перед предыдущими технологиями, возросшим требованиям к скорости и качеству передачи данных, а также широкому спектру применения в различных отраслях и сферах деятельности.

Объектом исследования и разработки является преобразователь цифрового сигнала в модулированный вид, для дальнейшей его передачи через среду радиоэфира. Так же в проекте подразумевается использование вычислительных возможностей специализированной архитектуры, оптимизация для которой составляет главный предмет исследования в проекте.

Модемы 5G NTN имеют стандартизированный набор параметров и алгоритмов обработки сигналов, в связи с чем более 90% кода, необходимого к написанию в рамках проекта уже имеет мат. модели и прототипы функций, выполненные в соответствующих средах разработки. При этом, часть функционала L1 (компенсация смещения частоты в связи с эффектом Доплера, алгоритмы цифрового предыскажения сигналов DPD и ряд других) могут иметь разные формы реализации. Данные функции подразумевают их предварительное моделирование и оценку загрузки ресурсов аппаратной архитектуры. Для ускорения процесса создания модема подразумевается выделение в проекте нескольких ролей: - системный архитектор отвечает за построение архитектуры функций модема и его увязку (mapping) с ресурсными блоками аппаратной платформы для оптимального использования вычислительных возможностей «железа». Также в обязанности архитектора входит поиск новых аппаратных и программных решений. - разработчик ПО / кода отвечает за написание кода тех или иных функций и/или его общей архитектуры. - тестировщик ПО / кода и аппаратуры Отвечает за тестирование ПО на его соответствие заявленным параметрам. Разработчики ПО будут работать параллельно, реализуя отдельные функции. Для целей управления стоимостью и сроками проектов также подразумевается роль менеджера проектов, основной задачей которого является контроль за соблюдением параметров проекта. Для реализации проекта предполагается применение разработанной аппаратной платформы на основе DSP, а также комплектов отладочных плат, реализованных на платформе иностранного производителя. В проекте также подразумевается взаимодействие с отечественными разработчиками DSP для синхронизации разработок в этой области с целью перехода на отечественные решения в перспективе нескольких лет и/или по мере целесообразности. Команде проекта будет предоставлен доступ к лабораторному оборудованию – анализаторам спектра, генераторам сигналов 5G и др устройствам, обеспечивающим измерения параметров модема.

В настоящее время, все решения, реализуемые в области 5G NTN CPE реализуются либо на ПЛИС/FPGA, либо на основе ASIC с проектными нормами технологий от 28нм. При этом, реализация на основе FPGA имеет высокую стоимость реализации, а решения на основе ASIC являются не гибкими с тз дальнейших модификаций. Решения на основе DSP представляют собой «золотую середину» между обозначенными подходами к аппаратной реализации решения и сочетают в себе достоинства стоимости и гибкости платформы. В настоящее время в России нет ни одного решения модема 5G NTN CPE. В мире нет ни одного готового решения 5G NTN CPE на DSP.

Задел: 1. Существует команда разработчиков с опытом работы на DSP, 2. Существует канал поддержки от вендора DSP, содержащий: подробное описание платформы и среды программирования, доступ к SDK аппаратной части, включая доступ к большей части функций L1 (Фурье и обратное Фурье, модуляции и др) 3. Существуют опытные образцы аппаратной платформы, необходимые для старта написания кода и отладочные платы производителя DSP 4. Существует проработанная архитектура ПО и CPU Mapping 5. Существуют некоторые функции, написанные на языках программирования verilog, C, Assembler, а также смоделированные в MatLab, которые можно взять за основу для реализации модема. 6. Существует оборудованная для тестов лаборатория, содержащая новейшие измерительные приборы и ПО к ним: генераторы сигналов, анализаторы спектра и сигналов, серверы, имитаторы канала и др. 7. Существует работающий канал поставок микросхем, обеспечивающий возможность получения нужных компонентов в нужном объеме по проектным ценам чип-вендора

1. Цена комплекта микросхем на архитектуре DSP в 2,5 раза ниже реализаций на ПЛИС/FPGA при схожих параметрах энергопотребления (КПД), габаритах и массы. 2. В РФ существуют проекты по созданию платформ на основе DSP (разработчики: НПЦ «Элвис», «Байкал Электроникс», ООО «КНС-Групп» (Yadro), способные заменить DSP иностранного производства. При этом, в России нет перспектив создания FPGA нужной размерности –> развитие проекта способствует возможностям развития собственных технологий на базе отечественных чипов второго уровня. 3. Обзор доступности DSP производства дружественных стран также указывает на принципиальную их применения для реализации проекта в недалеком будущем. 4. Разработки модемов на основе DSP ведут мировые лидеры: Gilat, Nokia, Verizon, AT&T и другие.

• Заявка на проект Микран

  Заявка Микран ПИШ 5G NTN.docx