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1. 8x8 MIMO 简介
现在Single-Link 单连结MIMO (多重输入与多重输出) 通信的概念可说是非常普遍[1]，新的无线标准也陆续采用此威廉希尔官方网站 。 比如说LTE Advanced 标准，其中结合了高达4x4 MIMO 上行与8x8 MIMO 下行[2]。 随着各式标准持续提高数据传输率、用户人数与稳定的链接数量，工程师也必须开发新并仿真的算法，并且在实际情况下加以检验。 而且各机构也开始大量投资MIMO 应用，包含多使用者的MIMO (MU-MIMO)、合作式MIMO 与协作多点(CoMP) 等项目。 研究基金的竞争状况越来越激烈，同时因为原型制作决定了新算法的实用性，重要性更甚于仿真通道，因此让整个情况更具挑战性。 如要发表全新的研究结果，必须建置原型，而且研究结果还要具有充分的重复使用率。 可扩充的现成软件定义无线电(Software Defined Radio，SDR) 解决方案可在研究员制作算法原型时提供关键优势，因其兼具了开发客制化无线电的低成本弹性，以及高成本传统仪器的可重复使用效能。 图1. NI USRP-2920 设备 通用软件无线电外围设备(USRP，见图1) 可说是最方便好用也最经济实惠的现成软件定义无线电系统，非常适合更高阶次的MIMO 应用。 此威廉希尔官方网站 文章说明了LabVIEW (图2) 与USRP 平台的使用方式，进而打造出相位同调(Phase Coherent) 的MIMO 测试台，可以从2x2 扩充为8x8 天线设定，并且用来测试多种MIMO 与多用户的通信研究项目。 图2. 8x8 MIMO LabVIEW 人机界面 |
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2. USRP 硬件概述
USRP 平台是一款RF 软件设定的无线电收发器，可用于无线通信研究。 将USRP 连接至主计算机后，即可做为软件定义的无线电，提供主机架构的数字信号处理功能。 每个USRP 设备都会提供独立的传送与接收通道，可针对特定的硬件配置提供全双工作业效能。 USRP 设备会通过GB ETHERNET 端口连接至主计算机，此端口需要Standard 1 Gigabit Ethernet (GbE) 连接功能。 同时以6 伏特DC 运作，最高耗电量为18 瓦特。 请参阅USRP 系统方块图(图3)，传送与接收链分别独立运作，但会共享一个通用的内接10-MHz TCXO 参考频率，局部震荡器(LO) 便是来自此频率。 图3. NI USRP-2920 系统方块图 Rx 信号路径 就接收端而言(图3 下方)，所接收的模拟RF 信号会通过RX 1 或RX 2 接头进入，这会由可设定的切换开关来决定，并且经过可调整的(0-30dB) 增益阶段到达混合器，进而将LO RF 频率直接转换为基带IQ 组件。100MS/s、14 位的双信道ADC 会过滤基带I/Q 模拟信号并取得其样本。 经过数字化的I/Q 数据会经过平行的内建信号处理(OSP) 程序，此程序会套用DC 偏移修正作业、采用CORDIC 执行数字降转换以修正次要的频率偏移并达到所需的RF 中央频率，过滤并抽取100M S/sec 的输入信号至用户所指定的IQ 速率。 经过降转换的样本接着会通过标准的GbE 连接功能传送至主计算机，如果是16 位模式的话基带IQ 速率最高可达25 MS/s，如果是8 位模式的话则是50 MS/s。 Tx 信号路径 就传送端而言(图3 上方)，主计算机会合成基带IQ 信号，接着通过GbE 连接功能把合成过的I/Q 信号样本传送至USRP，如果是16 位模式的话最高可达25 MS/s，如果是8 位模式的话则是50 MS/s。USRP 硬件OSP 会采用数字升转换程序来插入合成信号并且升转换至400MS/s，根据所需的RF 中央频率套用CORDIC 以便修正次要的频率偏移，接着通过16 位的双信道DAC 将信号转换为模拟信号。 再来会通过直接转换架构来过滤并调变此模拟信号以达到指定的RF 频率，进一步混合LO 与模拟基带IQ 信号。 可调整的(0-30dB) 增益阶段会放大信号，以便通过外接的TX 1 端口来传送信号。 时序与频率 有了MIMO 扩充埠即可同步化2 个USRP 的时序与频率，此外也可做为以太网络开关，一组USRP 就能够共享单一GbE 连接。USRP 前端设备具有REF IN (10-MHz 参考频率) 与PPS (每秒脉冲) SMA 连接，可提供外部频率参考与时序的同步化功能，以便补足内接的TCXO 以提高频率准确度，也可针对大量设备提供同步化功能。 NI-USRP 驱动程序 至于软件方面，LabVIEW 开发系统提供方便的强大接口，可搭配USRP 硬件，以便快速制作通信算法原型。NI-USRP 软件驱动程序提供直觉性的函式、VI (LabVIEW 虚拟仪器，可直接对应至硬件配置以便设定时序与同步状态)、开启/关闭阶段，还能执行读写作业。 通过简易的Rx 作业即可从LabVIEW 程序方块图呼叫驱动函式(图4)。 第一个Tx 或Rx 应用一定会包含下列6 个参数： Device Names：受控USRP 的专属IP 地址。 新的USRP 硬件默认的IP 地址是192.168.10.2 IQ Rate：基带IQ 波形的取样率决定了撷取或合成作业的实时带宽 Carrier Frequency：重点频谱的中点。 转换至基带IQ 后载波频率就会成为中心或DC 组件 Gain：套用至模拟RF 信号的可调整增益(通常为0 ~ 30dB) Active Antenna：切换设定，可决定以RX 或TX SMA 埠来进行撷取或传输作业 Number of Samples：每次驱动程序呼叫元从设备撷取或传送到Fetch Rx 或Write Tx VI 的取样数量 图4. 使用NI-USRP 驱动程序的LabVIEW 程序方块图 |
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3. 可扩充的8x8 MIMO 硬件系统架构
多个USRP 设备可整合为单一个相位同调天线数组，以便传送/接收信号。 本文所探讨的MIMO 测试台可从2x2 扩充为8x8 天线设定(最多有8 个传输器和8 个接收器)。 建置测试台时必须考虑到的硬件组件与优缺点，包含了频率与时序同步，以及数据总线带宽。 频率与时序同步化 就标准的MIMO 通信测试台而言，所有的Rx 或Tx 通道必须做为单一接收器或传输器运作，同时搭配频率与时序同步化功能以及一个相位同调的局部震荡器(LO)。8x8 MIMO 测试台的8 个USRP 设备都会采用相同的10MHz 参考频率与PPS 时序基础，借此达到同步化效能。 根据8x8 MIMO 系统方块图(图5)，4 个USRP 设备会直接连接至每个参考信号，接着另外4 个USRP 设备会通过MIMO Data 与Synchronization 接线共享此信号。 这样一来即可同步化所有8 个USRP 设备的频率与时序，同时单一10-MHz 参考频率还会衍生出相位同调的LO。 用来产生频率的硬件则是OCXO (Oven Controlled Oscillator 恒温震荡器)，此硬件采用Trimble 公司的Thunderbolt® GPS 授时频率，可提供10 MHz 的参考频率输出与数字PPS 输出[4]。OCXO 的频率来源非常准确，不必安装GPS 天线即可运作。 安装GPS 天线则可以改善GPS 授时的同步化效能，提供一致的时序概念。 图5. 8x8 MIMO 系统方块图 此外10 MHz 与PPS 参考信号的功率准位也是相当重要的考虑，因为频率信号会分配至所有的无线电。 在此应用中，通用的同轴BNC「T」连接会划分信号两次，以便同步化前4 个USRP 设备。Tunderbolt 可提供大约7dBm 的10MHz 参考，以及2.4 V 的数字PPS 信号。 二度划分信号(也就是以伞状分散至4 个设备) 就会变成1dBm 与0.6V 参考，接近推荐的USRP Ref In 与PPS 输入准位(0dBm 与3.3V LVTTL 相容)。 如果必须进一步划分参考信号以确保适当的同步化效能，NI 建议将10MHz 与PPS 信号放大至建议的功率准位。 8x8 MIMO 零件列表(表1) 包含了用来建置8x8 MIMO 测试台的组件。 所有组件都是标准的现成零件。 |
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好东西啊，要好好学习学习
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2023-5-28 21:18:02
评论
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只有小组成员才能发言，加入小组>>
4554个成员聚集在这个小组
加入小组17626.6标准中关于CDN的疑问？以及实际钳注入测试中是否需要对AE和EUT同时接CDN？
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