n项目来源
“十四五”国家重点研发计划“多模态网络与通信”专项课题
n项目简介
本课题构建多发射台协同的空口传输仿真验证平台，开发空口基带射频传输样机系统。针对空口传输的工程化实时处理系统中普遍存在带宽大、吞吐率高、终端成本敏感、性能要求高等需求特点，从新型6G 广播物理层传输技术需求出发，针对算法研发与工程实现不同阶段的特点，分别选择适合宽带无线传输、工业成熟的系统仿真平台与样机实现平台，完成新型 6G广播关键技术的仿真验证和物理层收发样机设计与实现，在此基础上搭建相应的测试系统，完成实验室测试验证工作。
n研究内容
本课题的关键科学技术问题包括以下三个方面：
（1）新型 6G 广播系统复杂性提升与通用计算处理器运算速度之间的矛盾：无线通信创新技术在提升无线系统传输性能的同时也大大提高了对处理器运算能力的要求，因此构建满足本项目技术需求的实时开发平台，成为一个巨大的工程挑战。
（2）兼顾通信和广播的信道解码硬件实现架构的问题： 面向新型 6G 广播物理层传输系统，解决兼顾通信和广播的信道解码硬件实现架构，设计面向具有多边分类、多模式兼容特征的 LDPC 码以及相应的层调度解码算法及其硬件优化方法。
（3）新一代广播评测方法缺失问题：新一代广播系统将集成大小塔融合的 MU-MIMO单频网技术、 6G 与广播频谱的共用融合技术，将具有基于 IP 协议、支持多业务的单频点传输、帧结构灵活等技术特点，现有评测方法难以满足需求。
本课题研究内容包括：针对空口传输的工程化实时处理系统中普遍存在带宽大、吞吐率高、终端成本敏感、性能要求高等需求特点，从新型6G 广播物理层传输技术需求出发，结合项目研发进度要求，针对算法研究与工程实现不同阶段的特点，分别选择工业成熟的系统仿真平台与样机实现平台，完成相应的研发工作，在此基础上搭建测试平台，完成实验室测试验证工作。重点开展以下三方面研究工作：
（1）开展基于软件无线电的新型 6G 广播基站侧/UE 侧仿真平台研究，搭建可剪裁一体化物理层信号综合处理控制平台，研制机动灵活的通信信号处理与控制装置，提供可满足各种应用场景的集约化应用解决方案。为新型 6G 广播物理层收发样机的研发提供参考、对照，在样机研发阶段提供数据对比、交叉验证支持。
（2）开展新型 6G 广播物理层发射样机研究，设计新型 6G 广播物理层信号高效实时处理的方法，研制广播发射机物理层的编码调制模块，集成广域高精度授时、 大功率发射机非线性校正等模块，搭建基于大小塔融合的 MU-MIMO 广播发射系统。针对不同的应用场景及需求，研制小型化低功耗低成本专用物理层信号接收处理器，通过模块化设计和剪裁，完成“新型 6G 广播全参数集物理层接收样机”、“新型 6G 广播精简参数集物理层接收样机”以及“新型 6G 广播物理层 CPE 样机”三类终端的研制。
（3）开展广播收发系统评测方法研究，基于该评测方法搭建测试平台，对项目研制的广播收发样机开展评测和性能分析，形成广播收发系统评测方法研究和性能分析报告。
n研究方法
针对上述关键科学问题、关键技术问题，课题组围绕多发射台协同的空口基带射频传输系统开展研究工作，研究过程如下图所示，重点包括仿真验证平台及样机系统两个研发阶段，同时完成系统的测评与验证。
图1 课题研究方法图
（1） 基于 SDR 的 6G 广播真验证平台研制
针对新型6G 广播物理层物理带宽大、系统参数多、参数间交互作用复杂等特点，研究空口传输增强关键技术设计方案下的仿真验证条件设置、 实时信号处理设计以及结果统计分析等问题，重点关注物理层信号的处理实时性要求， 抽象信号处理核心功能模块，设计软件模块通用接口和通信协议，设计可灵活配置的软件处理流程，构建基于软件无线电的仿真验证平台，为研究空口传输增强关键技术提供测试验证手段。
针对仿真验证平台存在的关键技术问题，在深入分析B5G/6G 物理层设计方案并梳理相关信号处理流程的基础上，基于颗粒度可调节的、统一接口和通信协议的核心运算功能模块，拟采用多核并行流水处理、多任务多线程调度、 GPU 模块单元加速处理等手段，对物理层处理算力进行高效的负载均衡，提升通用计算平台处理能力，研制基于软件定义无线电的 6G 广播基站侧和 UE 侧仿真平台，构建实时处理验证平台，满足物理层设计的快速验证、测试和迭代的需求。
（2）低功耗新型 6G 广播物理层收发样机研制
针对传统设计方案成本高昂的缺点，研究高效可靠的基带信号处理算法，研发模块化、小型化、低功耗、低成本的6G 广播物理层收发样机，有利于最大限度的满足各种民用工程应用需求。
针对新型6G 广播收发样机特点与需求，拟采用高性能 FPGA+ARM 硬件平台， 为软硬件协同处理提供保证。研究通用化、指令化的信道解码算法及其硬件优化设计，采用融合行调度与块调度的算法，兼顾性能分析以及流水线冲突避免，从而获得误码率和吞吐率的综合性能优势。 利用仿真验证平台提供的交叉验证能力及软硬件协同开发的优势，加快样机研发进度，缩短研发周期。
（3）新一代广播系统的评测方法的设计和验证
通过分析国内外主流广播系统的评测方法标准，掌握主要模式和参数对系统性能的影响，提出一套针对新型6G 广播的评测方法。搭建测试平台，对 6G 广播收发样机开展评测和性能分析，验证广播收发系统评测方法的科学、全面和可操作性。
通过提出广播收发系统评测方法，以及对项目研制的广播收发样机开展评测和性能分析，解决集成基于IP 协议、流媒体网络封装、高效率频谱传输、支持多业务的单频点传输、帧结构灵活等技术的新一代广播系统的评测方法缺失问题。
n创新点
1、基于 SDR 平台的关键技术快速测试验证迭代方法
新型6G 广播传输收发系统的物理层技术需要在 6G 频谱共用框架内同时应对复杂的电磁环境、高数据吞吐量需求以及广播特有的应用场景，需要突破的关键技术众多，传统的“仿真-研制-测试”研发链难以满足项目研发需求。通过基于 SDR 平台构建具有实时处理能力的宽带无线传输验证测试系统，可快速实现关键技术的迭代升级。同时通过测试前移，可及早发现传输收发样机研发过程的短板，提前做出处理预案，大大降低传输收发样机开发风险，缩短研发周期，提高系统样机研发效率。
2、通用可扩展的信道解码方法
新型6G 广播传输系统的物理层需满足多种复杂应用业务的传输质量需求，为应对不同服务质量要求，编码调制技术需具备灵活多变的参数配置模式，而对于物理层接收系统设计而言，传统的完全基于硬件固化结构的信道解码实现方式必然会带来巨大的开发难度和硬件复杂度，难以满足未来 6G 广播系统的技术需求。为此，本课题将研究并提出面向未来 6G 广播的信道解码硬件架构， 设计通用架构的信道解码器结构， 兼顾 B5G、6G 系统中通信与广播的技术需求，实现多模式、多码率、多码长的高性能信道解码。
n预期效益
本课题面向下一代广播技术发展需求，重点突破6G广播物理层关键技术与系统集成技术，构建可剪裁的一体化物理层信号综合处理控制平台和基于大小塔融合的MU-MIMO广播发射系统，推动6G广播技术由基础理论研究向系统验证和工程应用转化。通过关键技术攻关和新型6G广播物理层基带处理设备研制，提升广域联合覆盖、多业务广播传输及多站协同能力，增强新型广播系统的应用示范水平和我国在下一代广播领域的自主创新能力，同时促进广播系统向软件化、智能化、融合化方向演进，带动相关设备研发、工程应用和产业升级，培育新的市场应用场景和经济增长点。