基于NI平台的 Massive MIMO 5G原型 验证系统 - Solutions - National Instruments

基 于 NI 平 台 的 Massive MIMO 5G 原 型 验 证 系 统 " 我 们 使 用 NI LabVIEW 和 LabVIEW Communication 作 为 开 发 软 件, 快 速 构 建 了 面 向 5G 无 线 通 信 技 术 的 Mini Massive MIMO 原 型 验 证 系 统 " - 阳 析, 东 南 大 学 移 动 通 信 国 家 重 点 实 验 室 The Challenge: 在 大 规 模 MIMO 系 统 中, 由 于 在 基 站 侧 引 入 大 规 模 天 线 阵 列, 系 统 实 现 的 硬 件 复 杂 度 与 计 算 复 杂 度 随 着 天 线 数 的 增 加 急 剧 上 升, 为 设 计 并 实 现 大 规 模 MIMO 系 统 带 来 了 以 下 几 个 严 峻 的 挑 战 :1) 灵 活 的 软 件 无 线 电, 可 用 于 接 受 和 发 送 射 频 信 号 ;2) 射 频 设 备 之 间 精 确 的 时 间 和 频 率 同 步 ;3) 具 有 高 数 据 吞 吐 量 的 总 线, 用 以 传 输 和 汇 集 海 量 的 数 据 ; 和 4) 高 性 能 的 处 理 能 力, 用 以 满 足 物 理 层 和 介 质 访 问 控 制 (MAC) 执 行 时 所 需 的 实 时 性 能 需 求 正 是 由 于 设 计 和 实 现 大 规 模 MIMO 系 统 所 面 临 的 复 杂 性 和 困 难 性, 目 前 尚 未 出 现 成 熟 的 大 规 模 MIMO 原 型 验 证 平 台 本 应 用 基 于 NI 平 台 的 大 规 模 MIMO 应 用 程 序 框 架, 在 克 服 以 上 问 题 的 基 础 上 构 建 了 Mini Massive MIMO 原 型 验 证 系 统 The Solution: 本 应 用 主 要 由 天 线 阵 列 软 件 无 线 电 节 点 (NI USRP RIO 系 列 ) 时 钟 分 配 模 块 以 及 高 数 据 吞 吐 量 的 PXI 系 统 组 成, 采 用 NI LabVIEW 和 LabVIEW Communication 作 为 开 发 软 件, 构 建 了 面 向 5G 无 线 通 信 技 术 的 Mini Massive MIMO 原 型 验 证 系 统 系 统 采 取 层 次 化 设 计, 天 线 阵 列 接 收 到 的 射 频 信 号 由 USRP-RIOs 低 噪 声 放 大 下 变 频 采 样 量 化 和 降 采 样 后 汇 聚 到 PXIe 机 箱,PXIe 机 箱 上 配 置 高 性 能 嵌 入 式 控 制 器, 负 责 对 基 带 信 号 进 行 进 一 步 地 分 析 和 处 理 系 统 时 钟 模 块 采 用 的 是 PXIe- 6674T, 时 钟 和 同 步 信 号 经 过 PXIe- 6674T 放 大 后 输 入 到 Octoclock 模 块, 然 后 分 发 到 各 个 USRP RIO 从 而 实 现 系 统 的 定 时 和 同 步 由 于 采 用 层 次 化 设 计, 且 系 统 各 部 分 功 能 模 块 相 对 独 立, 因 而 系 统 的 可 扩 展 性 较 强, 可 用 于 验 证 和 测 试 面 向 大 规 模 MIMO 无 线 通 信 系 统 的 多 种 关 键 技 术 和 算 法 性 能 Author (s): 阳 析 - 东 南 大 学 移 动 通 信 国 家 重 点 实 验 室 范 利 - 东 南 大 学 移 动 通 信 国 家 重 点 实 验 室 吉 峰 - 东 南 大 学 移 动 通 信 国 家 重 点 实 验 室 引 言 随 着 物 联 网 的 兴 起 和 移 动 互 联 网 业 务 种 类 的 日 渐 丰 富, 人 们 对 蜂 窝 移 动 通 信 数 据 传 输 速 率 以 及 服 务 质 量 提 出 了 更 高 的 要 求 由 于 能 够 充 分 挖 掘 空 间 维 的 自 由 度, 在 提 高 频 谱 效 率 的 同 时 获 得 较 好 的 功 率 利 用 率, 大 规 模 MIMO 系 统 引 起 了 国 内 外 的 广 泛 关 注, 并 成 为 下 一 代 无 线 通 信 系 统 最 有 潜 力 的 无 线 传 输 技 术 之 一 大 规 模 MIMO 系 统 配 置 的 大 规 模 天 线 阵 列 在 带 来 性 能 增 益 的 同 时 也 带 来 了 前 所 未 有 的 挑 战, 如 大 规 模 天 线 阵 列 系 统 下 传 输 方 案 的 设 计 急 剧 增 加 的 系 统 硬 件 复 杂 度 和 计 算 复 杂 度 等, 如 何 实 现 大 规 模 MIMO 的 原 型 验 证 系 统 也 是 一 个 非 常 具 有 挑 战 性 的 问 题 本 文 首 先 对 基 于 NI 平 台 的 大 规 模 MIMO 应 用 程 序 框 架 进 行 简 单 介 绍, 接 着 本 文 将 重 点 阐 述 采 用 NI 的 硬 件 平 台 成 功 搭 建 的 Mini Massive MIMO 原 型 验 证 系 统, 包 括 系 统 的 整 体 架 构, 系 统 时 钟 和 触 发 信 号 的 产 生 和 分 配, 上 下 行 链 路 的 数 据 处 理 流 程, 以 及 系 统 的 实 际 测 试 结 果, 最 后 本 文 将 对 全 文 进 行 总 结 一 基 于 NI 平 台 的 大 规 模 MIMO 应 用 程 序 框 架 基 于 NI 平 台 的 大 规 模 MIMO 应 用 程 序 框 架 将 软 件 无 线 电 (Software Defined Radio, SDR) 节 点 ( 主 要 为 USRP-RIO 系 列 ) 时 钟 分 配 模 块 高 数 据 吞 吐 量 PXI 系 统 以 及 LabVIEW 相 结 合, 提 供 了 一 个 具 有 鲁 棒 性 和 确 定 性 的 研 发 所 使 用 的 原 型 设 计 平 台, 图 1 给 出 了 一 个 最 多 可 支 持 128 根 天 线 的 大 规 模 MIMO 原 型 设 计 平 台 的 示 意 框 图 [1] 图 1 NI 基 于 PXI 和 USRP RIO 的 可 扩 展 大 规 模 MIMO 系 统 框 图 从 图 中 可 以 看 出, 整 个 系 统 的 框 架 由 PXIe-1085 机 箱 搭 建 而 成, 采 用 层 次 化 设 计, 数 据 由 USRP-RIO 采 集 后 经 PXIe- 8262 接 口 汇 聚 到 各 个 子 PXIe- 1085 机 箱, 每 个 子 PXIe- 1085 机 箱 最 多 可 连 接 16 个 USRP-RIO 即 构 成 32 32 的 MIMO, 各 个 子 PXIe-1085 机 箱 再 通 过 PXIe-8384 和 PXIe- 8381 汇 聚 到 主 PXIe-1085 机 箱, 主 PXIe- 1085 机 箱 上 除 配 置 PXIe- 8135 高 性 能 嵌 入 式 控 制 器 外, 还 搭 载 了 PXIe- 7976 的 FPGA 协 处 理 器 以 用 于 提 高 数 据 的 处 理 能 力 定 时 和 同 步 对 于 任 何 一 个 需 要 部 署 大 量 无 线 电 设 备 的 系 统 来 说 都 是 至 关 重 要 的, 对 于 大 规 模 MIMO 系 统 来 说 也 是 如 此, 图 2 展 示 了 NI 基 于 PXI 和 USRP RIO 的 可 扩 展 大 规 模 MIMO 系 统 的 时 钟 连 接 框 图 图 中 所 用 到 的 OctoClock 模 块 为 时 钟 模 块, 该 模 块 既 可 使 用 内 部 集 成 的 GPS 锁 定 晶 体 振 荡 器 (GPSDO) 作 为 时 钟 源, 也 可 采 用 外 部 的 10MHz 参 考 时 钟 和 每 秒 脉 冲 数 (PPS) 信 号 作 为 时 钟 源 和 触 发 信 号 源 输 入 的 时 钟 信 号 和 触 发 信 号 可 分 别 经 由 OctoClock 模 块 放 大 和 分 发 为 8 路 信 号, 从 而 可 同 时 提 供 给 8 个 OctoClock 模 块 或 8 台 USRP 设 备 在 时 钟 和 触 发 信 号 上 的 同 步 1/9 www.ni.com

图 2 系 统 时 钟 连 接 图 [1] 基 于 NI 平 台 的 可 扩 展 大 规 模 MIMO 系 统 的 系 统 级 同 步 原 理 可 大 致 总 结 如 下, PXIe- 6674T 定 时 和 同 步 模 块 具 有 一 个 恒 温 晶 体 振 荡 器 (OCXO), 位 于 主 机 箱 的 第 10 槽, 可 生 成 一 个 非 常 稳 定 且 精 确 的 10MHz 参 考 时 钟 (50 ppb 的 精 确 度 ) 和 提 供 一 个 数 字 触 发 信 号 给 OctoClock- G 时 钟 分 配 模 块 以 用 于 时 钟 和 触 发 信 号 的 分 发 之 后, OctoClock- G 放 大 并 分 发 这 一 10MHz 参 考 时 钟 信 号 (MCLK) 和 触 发 信 号 (MTrig) 至 8 个 OctoClock 模 块, 接 着 每 个 OctoClock 模 块 再 以 一 对 八 的 比 例 提 供 给 USRP RIO 设 备, 从 而 确 保 64 个 USRP RIO 设 备 的 所 有 天 线 共 享 10MHz 的 参 考 时 钟 和 主 触 发 信 号 这 样 通 过 PXIe- 6674T 定 时 和 同 步 模 块 和 OctoClock 时 钟 分 配 模 块 整 个 系 统 中 的 所 有 PXI 机 箱 和 无 线 电 设 备 都 共 享 一 个 通 用 10MHz 参 考 时 钟 和 一 个 数 字 触 发 信 号, 从 而 确 保 了 整 个 系 统 的 系 统 级 同 步, 各 个 无 线 电 设 备 可 同 步 进 行 数 据 采 集 和 生 成 二 Mini Massive MIMO 原 型 验 证 系 统 本 节 将 从 系 统 的 整 体 架 构 系 统 时 钟 和 触 发 信 号 的 产 生 和 分 配 上 下 行 链 路 的 数 据 处 理 流 程 这 三 个 方 面 对 Mini Massive MIMO 原 型 验 证 系 统 进 行 详 细 介 绍, 系 统 的 实 际 测 试 结 果 与 现 场 成 果 展 示 将 放 在 第 三 节 进 行 单 独 介 绍 1. 系 统 的 整 体 架 构 1) 硬 件 部 分 基 于 NI 大 规 模 MIMO 应 用 程 序 框 架 所 构 建 的 Mini Massive MIMO 原 型 验 证 系 统 的 系 统 框 图 如 下 图 所 示 1. 2. 3. 4. 5. 图 3 Mini Massive MIMO 原 型 验 证 系 统 框 图 系 统 主 要 由 NI 的 PXI 机 箱 和 软 件 无 线 电 节 点 USRP RIO 系 列 组 成, 以 下 是 系 统 框 图 中 所 涉 及 的 各 组 件 的 简 要 介 绍 : PXIe-1085 机 箱 :18 槽 3U PXI Express 机 箱, 包 含 有 16 个 混 合 插 槽 和 1 个 PXI Express 系 统 定 时 插 槽, 每 插 槽 可 达 4 GB/s 的 专 用 带 宽, 整 个 机 箱 可 达 12 GB/s 的 系 统 带 宽 PXIe- 8135:NI PXIe-8135 是 基 于 Intel Core i7-3610qe 处 理 器 的 高 性 能 嵌 入 式 控 制 器, 配 置 了 2.3 GHz 基 频 3.3 GHz( 单 核 Turbo Boost 模 式 ) 四 核 处 理 器 和 双 通 道 1,600 MHz DDR3 内 存, 可 用 于 PXI 系 统 在 外 设 方 面, PXIe-8135 包 含 2 个 SuperSpeed USB 端 口 4 个 高 速 USB 端 口 2 个 千 兆 以 太 网 端 口 GPIB 串 口 和 其 他 外 设 PXIe- 8374/ PXIe- 8262: MXIe x4 Cabled PCIe 接 口 板 卡, 可 用 于 连 接 USRP RIO 与 PXI 机 箱 以 进 行 数 据 交 换, 实 时 的 数 据 传 输 带 宽 可 达 200MHz, 最 大 传 输 速 率 可 达 800MB/s PXIe- 6674T: 定 时 和 多 机 箱 同 步 模 块, 板 载 高 稳 定 性 10 MHz OCXO (50 ppb 精 度 ) 和 高 精 度 DDS 时 钟 生 成, 分 辨 率 可 达 0.3 Hz 至 1 GHz, 该 模 块 可 生 成 时 钟 和 触 发 信 号, 生 成 的 时 钟 或 触 发 信 号 可 在 1 个 PXI Express 机 箱 中 的 多 个 设 备 之 间 进 行 路 由, 也 可 路 由 至 其 他 PXI 和 PXI Express 机 箱 以 及 第 三 方 仪 器 以 实 现 整 个 系 统 的 时 钟 和 触 发 信 号 的 精 确 同 步 NI 2953R: USRP RIO 系 列 软 件 无 线 电 节 点, 其 内 部 包 含 一 个 可 编 程 (Xilinx Kintex-7) FPGA 和 两 个 40MHz 带 宽 的 RF 收 发 器, 中 心 频 点 可 配 置 在 1.2-6GHz 的 频 段 范 围 内, 最 大 的 信 号 发 射 功 率 为 15dBm, 表 1 给 出 了 NI 2953R 的 一 些 详 细 硬 件 参 数 系 统 参 数 中 心 频 率 RF 带 宽 表 1 NI 2953R 的 详 细 硬 件 参 数 值 1.2 6.0 GHz 40 MHz 2/9 www.ni.com

每 个 设 备 的 RF 通 道 数 2 ADC 采 样 率 ADC 分 辨 率 DAC 采 样 率 DAC 分 辨 率 板 载 FPGA 数 字 后 端 接 口 120 MS/s 14 bit 400 MS/s 16 bit Xilinx Kintex-7 XC7K410T PCI- Express Gen 1 x4 图 中, 高 性 能 嵌 入 式 控 制 器 PXIe- 8135 插 于 PXIe-1085 机 箱 的 第 1 个 插 槽, 定 时 和 多 机 箱 同 步 模 块 PXIe- 6674T 插 于 第 10 槽, 8 个 NI 2953R 分 别 通 过 PXIe- 8374 或 PXIe-8262 接 口 板 卡 连 接 到 PXIe-1085 机 箱 的 其 它 8 个 插 槽, 从 而 每 个 NI 2953R 能 够 以 最 大 800MB/s 的 速 率 将 数 据 汇 集 到 PXI 机 箱 并 通 过 机 箱 背 板 进 行 板 间 数 据 交 换 以 实 现 软 件 无 线 电 节 点 间 软 件 无 线 电 节 点 与 PXIe- 8135 控 制 器 间 的 数 据 传 递 由 于 所 搭 建 的 Mini Massive MIMO 原 型 验 证 系 统 是 TDD 系 统, 且 采 用 简 化 的 LTE 无 线 帧 格 式 和 使 用 OFDM 无 线 传 输 技 术, 考 虑 到 系 统 的 可 扩 展 性 和 系 统 未 来 带 宽 的 增 加 ( 如 引 入 载 波 聚 合 等 先 进 技 术 ), 同 时 为 满 足 系 统 速 率 要 求 和 有 限 资 源 限 制,Mini Massive MIMO 在 设 计 时 考 虑 将 整 个 系 统 划 分 为 多 个 子 系 统 ( 并 保 留 相 关 数 据 接 口 ), 每 个 子 系 统 由 8 个 NI 2953R 和 其 对 应 的 1 个 PXIe-1085 机 箱 组 成, 负 责 处 理 分 配 给 当 前 子 系 统 的 固 定 带 宽 的 数 据, 因 而 图 3 所 示 的 Mini Massive MIMO 系 统 框 图 实 际 仅 为 一 个 子 系 统 的 系 统 框 图, 需 要 注 意 的 是, 除 了 所 处 理 的 数 据 所 在 频 带 不 同 外, 各 个 子 系 统 的 结 构 与 各 部 分 功 能 均 完 全 一 致 本 文 主 要 对 当 前 子 系 统 ( 即 16*2 的 Mini Massive MIMO 系 统 ) 进 行 介 绍 根 据 实 现 功 能 的 不 同, 16*2 的 Mini Massive MIMO 系 统 中 的 8 个 NI 2953R 被 划 分 为 不 同 的 功 能 模 块, 如 图 4 所 示, 它 们 分 别 是 天 线 合 并 模 块 带 宽 拆 分 模 块 信 道 估 计 模 块 MIMO 检 测 模 块 射 频 通 道 校 准 模 块 MIMO 预 编 码 模 块 带 宽 合 并 模 块 和 天 线 拆 分 模 块 其 中, 天 线 合 并 模 块 和 天 线 拆 分 模 块 分 别 负 责 汇 聚 来 自 各 个 天 线 的 数 据 和 将 数 据 分 发 至 各 个 物 理 天 线, 带 宽 拆 分 模 块 负 责 将 该 子 系 统 中 整 带 宽 的 数 据 划 分 成 不 同 子 带 并 分 配 至 其 它 子 系 统, 带 宽 合 并 模 块 负 责 汇 聚 其 它 子 系 统 传 输 过 来 的 子 带 的 数 据, MIMO 检 测 模 块 和 MIMO 预 编 码 模 块 则 是 分 别 负 责 对 该 子 系 统 所 负 责 的 子 带 数 据 进 行 检 测 译 码 和 预 编 码 图 4 系 统 功 能 模 块 划 分 对 于 上 行 链 路, 接 收 到 的 数 据 首 先 会 汇 聚 到 天 线 合 并 模 块, 然 后 由 天 线 合 并 模 块 传 递 给 带 宽 拆 分 模 块 进 行 数 据 的 按 带 宽 划 分 以 分 配 给 不 同 的 子 系 统, 各 子 系 统 的 信 道 估 计 模 块 接 收 到 来 自 带 宽 拆 分 模 块 的 数 据 后 进 行 信 道 估 计, 并 将 估 计 出 的 信 道 信 息 传 递 给 MIMO 检 测 模 块 以 用 于 用 户 数 据 的 检 测 ; 同 样 的 对 于 下 行 链 路, 要 发 送 的 数 据 首 先 由 控 制 器 传 送 给 MIMO 预 编 码 模 块,MIMO 预 编 码 模 块 根 据 信 道 估 计 模 块 和 射 频 通 道 校 准 模 块 的 信 息 对 数 据 进 行 预 编 码 后 将 已 预 编 码 的 数 据 传 递 给 带 宽 合 并 模 块, 以 合 并 其 它 子 系 统 所 处 理 的 带 宽 的 数 据 从 而 形 成 整 带 宽 数 据, 最 后 整 带 宽 的 数 据 将 会 被 传 送 给 天 线 拆 分 模 块 以 实 现 所 要 发 送 的 数 据 被 分 配 至 各 个 实 际 的 物 理 天 线 进 行 发 送 2) 软 件 部 分 系 统 的 软 件 部 分 包 括 FPGA 程 序 与 上 位 机 程 序, 其 中, FPGA 程 序 运 行 于 NI 2953R 上, 主 要 完 成 接 收 信 号 或 发 射 信 号 的 下 上 变 频, 模 数 数 模 转 换 以 及 硬 件 部 分 所 述 的 模 块 功 能, 信 号 处 理 流 程 见 图 10 另 一 方 面, 上 位 机 程 序 主 要 负 责 设 置 系 统 的 相 关 参 数 配 置 各 NI 2953R 产 生 所 需 发 送 数 据 或 显 示 系 统 接 收 到 的 数 据 以 及 启 动 或 停 止 系 统 的 运 行, 图 5 和 图 6 给 出 了 上 位 机 程 序 的 前 面 板 3/9 www.ni.com

图 5 上 位 机 程 序 前 面 板 一 图 中 部 的 上 行 链 路 星 座 图 上 显 示 出 当 前 有 两 个 用 户 正 在 发 送 数 据, 且 数 据 采 用 16QAM 调 制, 图 左 下 角 的 簇 控 件 中 指 示 系 统 将 USRP1 配 置 为 天 线 合 并 模 块,USRP2 配 置 为 带 宽 拆 分 模 块, USRP3 配 置 为 MIMO 检 测 模 块, 以 此 类 推 图 6 上 位 机 程 序 前 面 板 二 上 图 给 出 了 系 统 的 相 关 参 数 的 配 置, 包 括 系 统 的 载 波 频 率, 发 送 功 率, 采 样 率, 调 制 方 式 等 等, 如 当 前 系 统 的 载 波 频 率 为 4.1GHz, 采 样 率 为 15.36 MS/s, 调 制 方 式 为 16QAM 上 位 机 对 系 统 的 配 置 流 程 图 见 图 7 4/9 www.ni.com

2. 系 统 时 钟 和 触 发 信 号 的 产 生 和 分 配 图 7 上 位 机 对 系 统 的 配 置 流 程 参 考 于 NI 基 于 PXI 和 USRP RIO 的 可 扩 展 大 规 模 MIMO 系 统 的 时 钟 连 接,Mini Massive MIMO 系 统 的 时 钟 和 触 发 信 号 分 发 网 络 如 图 8 所 示 : 图 8 Mini Massive MIMO 系 统 的 时 钟 和 触 发 信 号 分 发 网 络 系 统 采 用 OctoClock 模 块 构 建 时 钟 和 触 发 信 号 分 发 网 络, 系 统 的 触 发 信 号 和 源 时 钟 信 号 从 PXIe 6674T 引 出 后 输 入 到 OctoClock 模 块 进 行 路 由 和 分 发, 而 后 OctoClock 模 块 输 出 端 的 8 路 时 钟 信 号 和 8 路 触 发 信 号 分 别 通 过 等 长 的 传 输 电 缆 输 入 到 8 个 NI 2953R 以 确 保 系 统 各 个 NI 2953R 的 时 钟 与 触 发 信 号 的 同 步 源 触 发 信 号 的 产 生 是 通 过 设 定 主 NI 2953R 然 后 在 主 NI 2953R 中 以 软 件 触 发 的 方 式 发 出 一 个 启 动 脉 冲 来 实 现 该 启 动 脉 冲 信 号 ( 源 触 发 信 号 ) 在 主 设 备 的 一 个 输 出 端 口 上 被 引 出, 并 输 入 至 PXIe- 6674T 中 放 大, 然 后 传 递 到 OctoClock 模 块, 并 沿 着 电 缆 向 下 分 布 到 系 统 中 的 各 个 NI 2953R 设 备 ( 包 括 主 设 备 自 己 ), 它 的 主 要 作 用 为 设 置 参 考 时 钟 边 沿 以 用 于 各 个 NI 2953R 发 射 和 接 收 时 同 步 启 动 采 集 图 9 为 系 统 时 钟 和 触 发 信 号 分 发 网 络 的 实 物 连 接 图 初 步 测 试 结 果 显 示 在 此 同 步 架 构 下, 参 考 时 钟 偏 移 在 100 ps 以 内, 触 发 偏 移 在 1.5 ns 以 内 3. 上 下 行 链 路 的 数 据 处 理 流 程 图 9 系 统 时 钟 和 触 发 信 号 分 发 网 络 的 实 物 连 接 图 对 于 上 行 链 路, 系 统 中 的 8 个 NI 2953R 的 16 根 天 线 采 集 到 的 射 频 信 号 经 过 射 频 通 道 的 低 噪 声 放 大 下 变 频 和 ADC 采 样 量 化 后 被 分 别 送 入 到 各 个 NI 2953R 的 FPGA 中 进 行 下 采 样 频 率 偏 移 校 正 IQ 信 号 校 正 和 FFT, 之 后 压 入 P2P FIFO 或 本 地 FIFO 中 以 用 于 传 递 到 相 应 模 块 进 行 后 续 处 理, 如 信 道 估 计, 信 号 检 测 等 5/9 www.ni.com

图 10 上 下 行 链 路 的 数 据 处 理 流 程 对 于 下 行 链 路, 数 据 首 先 由 控 制 器 传 递 到 MIMO 预 编 码 模 块 进 行 预 编 码, 然 后 通 过 带 宽 合 并 和 天 线 拆 分 模 块 分 发 到 8 个 NI 2953R, 在 各 个 NI 2953R 的 FPGA 中 进 行 OFDM 调 制 频 率 偏 移 校 正 和 IQ 信 号 校 正, 校 正 过 后 的 数 据 再 被 送 入 到 各 个 射 频 通 道 进 行 数 模 转 换 和 上 变 频 最 后 通 过 天 线 发 送 出 去 三 系 统 的 实 测 结 果 与 现 场 成 果 展 示 系 统 的 实 测 结 果 如 图 11 所 示 图 中 展 示 的 是 在 LabVIEW Communication 下 的 程 序 前 面 板 框 图, 从 图 中 可 以 看 出, 当 前 有 一 个 用 户 在 发 送 上 行 数 据, 数 据 调 制 方 式 为 16QAM, 由 于 没 有 其 它 用 户 干 扰, 星 座 图 的 星 座 点 较 细 系 统 性 能 较 好 图 11 LabVIEW Communication 下 系 统 实 测 结 果 图 12 LabVIEW Communication 下 的 System Designer 所 显 示 系 统 逻 辑 连 接 图 Mini Massive MIMO 系 统 的 实 物 图 见 图 13 和 图 14, 其 中, 图 13 给 出 的 是 系 统 整 体 外 观, 从 上 至 下 依 次 为 系 统 Host 端 显 示 器 用 于 显 示 接 收 信 号 星 座 图, 由 两 个 NI 2953R 构 成 的 两 个 单 天 线 用 户, 由 10 个 NI 2953R( 其 中 2 个 为 模 拟 其 它 子 系 统 的 存 在 ) 和 PXIe-1085 机 箱 构 成 的 Massive MIMO 系 统 的 基 站, 以 及 8*2 的 UPA 天 线 阵 列 6/9 www.ni.com

图 13 系 统 实 物 图 7/9 www.ni.com

四 结 论 图 14 系 统 Host 端 显 示 器 本 应 用 利 用 NI USRP RIO 与 PXI 平 台, 采 用 NI LabVIEW 和 LabVIEW Communication 作 为 开 发 软 件, 构 建 了 面 向 5G 无 线 通 信 技 术 的 Mini Massive MIMO 原 型 验 证 系 统 系 统 采 取 层 次 化 设 计, 各 部 分 功 能 模 块 相 对 独 立, 具 有 较 强 的 可 扩 展 性, 系 统 的 核 心 算 法 如 OFDM 调 制 解 调 信 道 估 计 与 MIMO 检 测 等 均 在 高 性 能 的 FPGA 端 完 成, 满 足 系 统 的 实 时 性 的 要 求,Mini Massive MIMO 原 型 验 证 系 统 非 常 适 用 于 验 证 和 测 试 面 向 大 规 模 MIMO 无 线 通 信 系 统 的 多 种 关 键 技 术 和 算 法 性 能 Author Information: 阳 析 东 南 大 学 移 动 通 信 国 家 重 点 实 验 室 China NI 基 于 PXI 和 USRP RIO 的 可 扩 展 大 规 模 MIMO 系 统 框 图 8/9 www.ni.com

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