5G毫米波通信系统解决方案
随着移动通信市场对于超高数据传输、低延迟和大容量的需求越来越旺盛，通信行业需要开发5G无线技术的其他频段来缓解当前无线频谱的网络使用压力。所谓5G毫米波，根据3GPP 38.101协议的规定，5G NR主要使用两段频率：FR1频段和FR2频段。FR1频段的频率范围是450MHz-6GHz，又叫Sub-6GHz频段；FR2频段的频率范围是24.25GHz-52.6GHz，通常被称为毫米波。
目前，USRP收发器可以发送和接收低于6GHz的射频信号，覆盖了Sub6G频段。面向NR FR2需求，珞光电子为USRP深度定制了毫米波扩展模块，可将中频信号经升频到毫米波频段，从而帮助用户快速组建5G毫米波移动通信系统。
系统概述
5G毫米波通信系统基于USRP-LW系列的软件无线电平台、毫米波扩展模块及其OpenAirInterface（OAI）5G软件平台搭建，具有5G NSA/SA的网络环境仿真功能，可支持5G毫米波通信的相关技术探索。通过使用不同型号的软件无线电硬件和不同的基站配置参数，可以实现不同的功能。本系统可以完全模拟端到端协议栈，完全模拟基站、终端、核心网，同时满足对应的3GPP协议规范。支持与商用设备对接，支持基于协议栈的二次开发。
上图是NR系统结构图。5G系统架构分为三个部分：用户（UE），5G基站（gNodeB），核心网（5GC）。
OAI 5G开源软件平台和USRP硬件平台是进行软基站和软终端实时运行的基础。整个软件系统的运行环境是在Ubuntu系统上。基站gNodeB平台和终端UE平台在连接USRP的PC机上进行搭建。为实现FR2频段，需要配合毫米波扩展模块MMW-440使用。
1. USRP设备将上位机处理的数字信号通过射频前端转换成模拟信号，经由空中接口发射出去；
2. OAI 5G实现5G-NR协议栈功能，从物理层到网络层的功能实现，根据不同的试验可以编译相应的模块。
实物搭建图
5G毫米波通信系统5G基站和5G终端均由2根天线、1台USRP-LW X410、1台毫米波扩展模块MMW-44、4根射频线、1个万兆网卡及1台工控机组成。基站和终端的2台USRP设备之间通过1台时钟源OctoClock-LW-G进行时间同步。
1. 采用两台USRP-LW X410，分别模拟5G基站和5G终端；
2. 两台USRP-LW X410之间通过时钟源OctoClock-LW-G进行同步；
3. 上位机与USRP-LW X410之间通过万兆网卡进行数据传输。
技术参数
硬件平台
基于USRP-LW X410，通过配套的毫米波扩展模块上下变频器，可支持24GHz~44GHz连续变频，满足5G毫米波通信研究。
USRP-LW X410是武汉珞光电子推出的新一代四通道软件无线电平台，基于Xilinx Zynq UltraScale+ RFSoC芯片设计，集成四核ARM处理器及12位ADC/14位DAC。该设备具有1MHz-7.2GHz(可扩展至8GHz)的宽频段覆盖能力，采用两级超外差架构，提供4个独立收发通道，每个通道支持400MHz瞬时带宽。
毫米波扩展模块（24-44GHz）MMW-44包含一个双通道的上变频模块和一个双通道的下变频模块，可以将两路中频信号搬移到毫米波频段，或者将两路毫米波频段信号搬移到中频频段。内置高性能本振源，参考信号选用OCXO晶振，也可外接10MHz参考输入，同时支持10MHz参考输出。
毫米波扩展模块（24-44GHz）MMW-44上变频模块
毫米波扩展模块（24-44GHz）MMW-44下变频模块
在控制方面，毫米波扩展模块可以通过串口实现计算机控制。珞光电子为毫米波扩展模块提供了上位机控制软件，界面如下图所示，该软件支持在Windows和Ubuntu系统下使用，轻松实现毫米波扩展模块与USRP协同工作。
本模块可方便与各种中频单元连接，快速组建毫米波系统，同时保护了用户的前期投入，包括USRP固定资产投入以及前期软件开发投入。通过使用现有的USRP设备升级到毫米波解决方案，毫米波研究人员可以用经济的成本和更短的时间帮助推动和实现毫米波5G通信的全面普及。
时钟源OctoClock-LW-G
OctoClock-LW-G是一个高精度的时钟源的设备分配系统。对于希望建立一个多通道系统，并同步到一个共同的参考时间的用户来说，这是非常有用的。例如，我们可以利用OctoClock-G对USRP N210进行相干操作，与系统同步。这样可以实现很多的相控阵的应用，例如波束形成，超分辨测向，多样性的结合，或MIMO收发器的设计。
软件平台
OpenAirInterface又称OpenAirInterface5g，是欧洲EURECOM组织发起并维护的一个开源SDR 项目。 OAI根据3GPP的标准，分别实现了LTE协议的核心网（EPC），基站（eNB）和用户（UE）三部分，以及5G SA协议的核心网，基站（gNB）和用户（nrUE）三部分。OpenAirInterface5g主要包含四个部分：
1. targets：无线嵌入式系统设计，包含了一些硬件相关的设计文件和firmware之类。
2. OpenAir1：基带信号处理，包含了一些物理层的功能模块，例如OFDM，调制解调，信道估计，编解码等等。
3. OpenAir2：中间层介入协议，包括在PC上通过Linux的IP网络设备驱动与MPLS的互联开发第二层协议栈。
4. OpenAir3：无线网络，包括为全IP蜂窝与IP/MPLS网状而开发的第三层协议栈。
OpenAirInterface5g主要有两个功能，其中一个用来仿真，一个是用来SDR实现通信系统。
数据流程图
典型应用场景
部署专属网络；用于教学科研，研究基站、终端运行结构和协议等；开发测试产品; 基于协议栈的算法验证和二次开发。