原创为什么选择软件定义GNSS模拟器？优势有这些

 2023-7-4 09:42  1148 7 7 分类: 通信文集: 车辆无线通信

GNSS仿真领域的技术随着时代发展正在不断进步，在过去，只能选择使用固定的、分配的仅依靠硬件的方式进行仿真，而如今，一种被称为软件定义架构的颠覆性创新型技术正在迅速取代传统定制架构。

软件定义GNSS架构

软件定义架构（Software Defined Architecture）是一种新型的架构模式，它是一种基于软件的架构，通过软件来定义系统的功能，从而提高系统的运行效率和能量效率。软件定义架构可以将硬件资源抽象化，从而使得应用程序可以更好地利用硬件资源，提高系统的性能和可靠性。而基于软件定义架构的GNSS模拟器则是将该架构引入了GNSS仿真领域，依托“依托软件引擎，开放硬件平台，高效开放的完成GNSS仿真”的GNSS仿真引擎，结合软件定义架构推出面向下一代的软件定义GNSS模拟器。

软件定义架构下的GNSS模拟器主要由以下几部分组成：

SSE（Skydel Simulation Engine，Skydel仿真引擎）：设计灵活，可用于多个CPU和操作系统，甚至可以作为软件解决方案与第三方硬件集成，所有的功能都基于此独立的软件；
CPU&OS（Center Processing Unit 中央处理器&Operating Sys. 操作系统）：软件的必要运行环境；
GPU（Graphics Processing Unit，图像处理器）：Skydel使用GPU处理星座、频率与轨迹信息，并生成IQ信号；
SDRs（Software-Defined Radios，软件定义无线电）：Skydel使用SDR进行IQ信号的处理与RF信号的输出。

软件定义架构的先进性

软件定义架构这种独特、创新和完全现代的方法是未来仿真的必然趋势，和传统方法相比：

使用固定、分配的硬件进行仿真（定制）

传统的硬件定制方式虽然很常见，但效率低下且不具备灵活性。除了功能被限制和被划分之外，固定、分配硬件的方式使用起来有很大的局限性：

需要额外的硬件，长期且昂贵的升级和安装
关键功能的使用受项目影响
信号数量受FPGA通道限制
硬件是定制的，只能少量生产
通常需要五年或更长时间进行硬件更新

使用开放式软件定义架构进行仿真

借助软件定义的GNSS仿真，可以通过快速的开发获得最大的可扩展性和灵活性。而要升级最新功能只需要简单的软件下载和许可软件安装。GPU具有高度并行的结构，这使得它们在处理大量数据的算法方面比通用CPU更高效，例如可以生成多个GNSS信号。GNSS仿真引擎利用了GPU和CPU单元的计算能力，实现了卓越的模拟性能。

它是动态的，面向未来的
以更低的成本获得高端的性能
根据需求随时升级更强大的功能
集成干扰信号，无需专用硬件
可以轻松定制新的实验信号
利用COTS（标准产品）硬件性能升级来提高系统性能
基于软件解决方案构建的开源库和插件

软件定义架构（SDA）的GNSS仿真有着众多优势：

更低的总成本：较低的初始系统（硬件/软件）成本和支持成本意味着可以将预算用于其他项目、购买多个系统或添加更多软件解决方案。
非专有软件：专用硬件的方案不灵活，缺乏从同一平台创建非GNSS信号的能力。纯软件解决方案能够适配不同机箱，从而减少硬件，提供可扩展性。
软件定义无线电：能够轻松根据测试要求重新配置。可以轻松添加、删除信号或升级系统。
功能强大的现代软件：所有测试都集中在一个稳定、响应迅速、易于使用的单一软件包中，大大降低了时间成本。
自动化和易于集成：命令和信息已经存储在软件中。您可以更快地与其他系统集成，并体验自动化带来的生产力指数级增长。

如何选择最适合的SDA硬件

软件定义架构的GNSS模拟器依托于COTS（Commercial off-the-shelf，商业现货，可及时交付，无需定制）硬件，而无需专有硬件，因此需要结合自己的需求选择最佳的硬件。

如何选择最佳的CPU与操作系统？

Skydel仿真引擎有基于Linux和Windows两种型号，可以根据需求与应用进行选择，其中，Linux系统在复杂环境与大型场景仿真下效果更好。在Linux Ubuntu下，GPU性能提高了30%。推荐计算机配置：

如何选择最佳的GPU？

GPU是一种专用设备，可加速图形、视频和动画的创建和渲染，它由数百个内核构建，可以同时处理数千个线程，更像是一种并行结构，并提高了它们的处理效率。对于Nvidia GPU，这些并行处理器通常称为CUDA核心，通常被用来衡量GPU性能。Skydel提供了模拟众多星座、频率的能力，但GPU中的CUDA内核数量决定您的设备是否可以处理软件中定义的数量。需要注意的是：Skydel GNSS模拟器目前仅支持Nvidia GPU，不支持AMD，因此显卡应选择Nvidia。

选择合适的GPU一般需考虑三个问题：

需要模拟多少个信号？

通常，假设有12颗卫星是可见的需要模拟，此时模拟12颗卫星传输GPS L1 C/A需要“12个信号”。例如：模拟12颗卫星发射GPS L1 C/A+L2C需要“2×12=24个信号”

需要模拟多径下的回波时，每一组回波需要乘以每个模拟回波的信号数（多径）。例如：模拟12颗卫星发射GPS L1 C/A+L2C和它们的一组1个回波需要“2×12×2=48个信号”。

经验法则：对于每个信号，需要大约16个CUDA内核数，通过CUDA数来反推GPU型号，以下是快速对照与选择表：

*RTX A5000是GSG-8 GNSS模拟器标配的GPU，GSG-8内部可以使用一个或两个RTX A5000。

*RTX A6000是高级模拟项目选择的GPU。

需要模拟多个星座吗？

如果要模拟多个星座，则需要考虑到在多个频率上模拟更宽的信号（＞50MHz）将需要更多的GPU处理能力。

是否需要模拟多个天线或RTK？

模拟多个天线需要额外的Skydel实例，虽然Skydel实例可以共享同一个GPU，但共享GPU的效率不如每个实例都有一个专用GPU。此外Skydel还可以验证准备的场景是否对GPU要求过高，该功能称为“GPU基准测试”。在GPU Benchmark窗口中，可以指定要模拟的卫星数量和回波数量，然后单击“开始”，基准测试将以最快的速度执行10秒的模拟。基准测试完成后会呈现一个“分数”，当分数不低于1.15高时说明Skydel能够毫无问题地实时运行定义的GNSS仿真场景。

如何选择最佳的SDR？

GNSS信号分为Upper Band（L1）与Lower Band（L2，L5），SDR的数量与端口数与需要输出GNSS信号的频率有关，单个端口仅能输出Upper Band或Lower Band，因此如果需要同时输出L1+L2/L5,则可能需要选择两个单端口SDR或一个双端口SDR，若在此之外还需要输出独立的干扰信号或要针对RTK等同时双轨迹的应用，则需要根据需求添加1个或双倍的SDR。但软件定义的优势在于可以根据自己的需求随时添加SDR，不会受到过多的硬件与平台的限制，也无需额外购买软件扩展。目前与三个软件定义无线电（SDR）制造商兼容，SDR模型的选择取决于模拟要求或SDR的潜在可用性。