ACHEM：面向 SDR 系统的实时数字孪生框架与信道与无线电仿真

数字孪生正在成为设计、开发、测试和优化下一代无线通信系统的重要工具。过去十年，系统软化化已成为现实，无线通信系统亦不例外。软件定义无线电（SDR）以及通用软件无线电外设（USRP）常被用于原型设计和测试先进无线系统。然而，目前尚无基于 SDR 的系统的端到端、软件化、通用性测试环境：开发者往往依赖台式实验 setups 或小型测试网络，但这些方案成本高昂且构建繁琐。另一方面，仿真往往依赖简化的信道/无线电模型，通常不执行完整的生产代码，这会增加开发工作量并降低保真度。本文提出 ACHEM（A Channel Emulator），即首个基于软件的、端到端的无线信道仿真环境与工具套件，专为基于 USRP 的通信系统设计。通过本提议的仿真器和工具包，任何基于 USRP 的系统都能在纯数字环境中以 I/Q 级别进行完全仿真，而无需专用硬件（如车辆、USRP、FPGA 或 GPU）。该仿真器支持多个发射方和接收方、MIMO 通信、多个频率、异构采样率、通过车辆仿真实现实时节点移动、天线辐射模式以及各种信道模型。ACHEM 促进无线数字孪生的开发与部署。我们通过几类流行的开源 USRP 基于无线通信应用进行了验证，包括 GNU Radio、srsRAN 4G/5G 和 OpenAirInterface。