5G​大规模​多​入​多​出​(MIMO)​测试​台:​从​理论​到​现实

概览

作者:Erik Luther ,​NI​资​深​产品​市场​经理,​射频​和​软件​无线​电​(RF​和​SDR)

大规模​的​多​输入​多​输出​(MIMO)​是​5G​无线​通讯​研究​中​一个​令人​兴奋​的​领域。​对​下一代​无线​数据​通讯​网络,​它​将​带来​显著​的​进步,​拥有​在​更高​的​数据​速率​下​以​更高​的​可靠性​容纳​更多​用户​同时​消耗​更低​功耗​的​能力。​使用​NI 大规模​MIMO​的​应用​程序​框架,​研究者​可以​快速​搭建​128​天线​的​MIMO​测试​平台,​采用​一流​的​LabVIEW​系统​级​设计​软件​和​顶尖​的​NI USRP™ RIO​软件​无线​电​硬件,​来​进行​大规模​天线​系统​的​快速​原型​开发。​使用​一套​简单​且​可​应用​于​创建​基于​FPGA​逻辑​和​高性能​处理​优​化​部署​的​设计​流程,​该​领域​的​研发​者​能够​使用​统一​的​软件​和​硬件​设计​流程​来​满足​这些​高度​复杂​系统​的​原型​设计​需求。

目录

  1. 大规模​MIMO​产品​原型​概述
  2. 大规模​MIMO​系统​架构
  3. LabVIEW​系统​设计​环境
  4. 基​站​收​发信​机​(BTS)​软件​架构
  5. 用户​设备

大规模​多​入​多​出​(MIMO)​简介  

随着​移动​设备​的​数量​和​人们​所​使用​的​无线​数据​流量​的​指数​级​增长,​驱使​着​研究​人员​对于​新​技术​和​新​方法​的​探究​以​解决​这​一​日益增长​的​需求。​下一代​的​无线​数据​网络,​被​称​作​第五​代​移动​通讯​技术或5G,​必须​要​解决​容量​限制,​以及​一些​现有​通信​系统​中​存在​的​挑战,​诸如​网络​的​可靠性、​覆盖​率、​能​效​性、​和​延迟​性​等。​大规模​MIMO​作为​5G​技术​的​一种​实现​方案,​通过​在​基​站​收​发信​机​(BTS)​上​使用​大量​的​天线​(超过​64​根)​实现​了​更大​的​无线​数据​流量​和​连接​可靠性。​这种​方式​从​根本​上​改变​了​现有​标准​的​基​站​收​发信​机​架构,​现有​标准​只​使用​了​最多​8​根​天线​组成​的​扇形​拓​扑。​由于​拥有​数以百计​的​天线​单元,​大规模​MIMO​可以​使用​预​编码​技术​集​将​能量​集中​到​目标​移动​终端​上,​从而​降低​了​辐射​功率。​通过​把​无限​能量​指向​到​特定​用户,​辐射​功率​降低,​同时​对于​其他​用户​的​干扰​也​降低。​这​一​特性​对于​目前​受​干扰​限制​的​蜂​窝​网络​来说​是​非常​有​吸引力​的。​如果​大规模​MIMO​的​想法​真的​可以​实现,​那么​未来​的​5G​网络​一定​会​变得​更​快,​能够​容纳​更多​的​用户​且​具有​更高​的​可靠性​和​更高​的​能​效。

由于​大规模​MIMO​使用​了​较​多​的​天线​单元,​因而​面临​了​一些​现有​网络​未​遇到​过的​系统​挑战。​比如​说,​当前​基于​LTE​或​LTE-​A​的​数据​网络​所需​的​导​频​开销​是​与​天线​的​数量​成​比例​的。​而​大规模​MIMO​管理​了​大量​时​分​复​用​的​天线​的​开销,​在​上下​行​之间​具有​信道​互​易​性。​信道​互​易​性​使得​上​行​导​频​获取​的​通道​状态​信息​可以​在​下​行​链​路​的​预​编码​器​中​被​使用。​其他​更多​实现​大规模​多​入​多​出​的​挑战​还​包括:​在​一个​或​多个​数量​级​下来​确定​数据​总​线​和​接口​的​规模;​以及​在​众多​独立​的​射频​收​发​器​之间​进行​分布​式​的​同步。

这些​有关​定​时、​处理​以及​数据​收集​上​的​挑战​使得​原型​化​验证​变得​更​为​重要。​为了​让​研发​者​能够​证实​对应​理论,​这​就​意味​着​需要​把​理论​工作​转移​到​实际​的​测试​台上。​通过​使用​真实​应用​场景​中的​实际​波形,​研发​者​开发​出​产品​原型​并​确定​大规模​MIMO​的​技术​可行性​和​商业​可行性。​就​新型​无线​标准​和​技术​来说,​把​概念​转化​为​产品​原型​的​时间​就​直接​影响​到了​实际​部署​和​商业​化​的​进程。​研发​者​能​越​快​地​开发​出​产品​原型,​就​意味​着​社会​能​越​早​地​受益​于​这项​创新​技术。

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大规模​MIMO​产品​原型​概述

下面​所述​的是​一个​完整​的​大规模​MIMO​应用​程序​框架。​它​包含​了​搭建​世界上​最​通用​的、​灵活​的、​可​扩展​的​大规模​MIMO​测试​台​所需​的​硬件​和​软件,​该​测试​台​支持​实​时​处理​以及​在​研发​团队​所​感兴趣​的​频​段​和​带​宽​上​进行​双向​通信。​使用​NI​软件​无线​电​(SDRs)​和​LabVIEW​系统​设计​平台​软件,​这种​MIMO​系统​的​模​块​化​特性​促使​系统​从​仅​有​几个​节点​发展​到了​128​天线​的​大规模​MIMO​系统。​并且​随着​无线​研究​的​演进,​基于​硬件​的​灵活​性,​它​也可以​被​重新​部署​到​其他​配置​的​应用​中,​比如​点对点​网络​中的​分布​式​节点,​或​多​小区​蜂​窝​网络​等。

图​1. 瑞典​隆德​大学​——​基于​USRP RIO​的​大规模​MIMO​测试​台 (a) 一种​自​定义​的​横​向​极化​贴​片​天线​阵​列​(b)。

瑞典​隆德​大学​的​Ove Edfors​教授​和​Fredrik Tufvesson​教授​与​NI​一起​合作,​使用​NI​大规模​MIMO​应用​程序​框架​开发​出了​一套​世界上​最大​规模​的​MIMO​系统​(见​图​1)。​他们​的​系统​使用​了​50​套​USRP RIO​软件​无线​电​来​实现​大规模​MIMO​基​站​收​发信​机​天线​数​(见​表​1)​为​100​天线​的​配置。​基于​软件​无线​电​的​概念,​NI​和​隆德​大学​研发​团队​开发​了​系统​级​的​软件​和​物理​层,​该​物理​层​使用​了​类似​于​LTE​的​物理​层​和​时​分​复​用​技术​来​实现​移动​端​接​入。​在​这​一​合作​过程​中​所​开发​的​软件,​可​作为​大规模​MIMO​应用​程序​框架​的​一部分​被​下载。​表​1​中​展示​了​大规模​MIMO​应用​程序​框架​所​支持​的​系统​和​协议​参数。

表​1. 大规模​MIMO​应用​程序​框架​系统​参数

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大规模​MIMO​系统​架构

正如​其他​通讯​网络,​大规模​MIMO​系统​由​基​站​收​发信​机​(BTS)​和​用户​设备​(UE)​或者是​移动​用户​所​组成。

大规模​MIMO​系统​展望​蜂​窝​网络​的​应用,​其​通常​由​基​站​收​发信​机​(BTS)​和​用户​设备​(UE)​或​移动​用户​所​构成。​然而,​大规模​MIMO​彻底​改变​了​以往​需要​配置​大量​的​BTS​天线​以​同时​跟​多个​用户​设备​进行​通讯​的​传统​拓​扑​结构。​在​NI​和​隆德​大学​合作​开发​的​系统​中,​其​BTS​采用​了​每​用户​设备​10​个​基​站​天线​单元​的​系统​设计​因数,​可​同一​时间​提供​10​个​用户,​对​这个​100​天线​基​站​进行​全​带​宽​访问​的​能力。​每​用户​设备​10​个​基​站​天线​单元​的​这​一​系统​设计​因数​已经​使得​众多​理论​成果​得到​被​证实。   

在​一个​大规模​MIMO​系统​中,​一​组​用户​设备​同时​发射​一​组​正交​导​频​到​基​站​收​发信​机​(BTS)。​而​BTS​所​接收​的​上​行​链​路​导​频​就​可被​用​来​估计​信道​矩阵。​在​下​行​链​路​时​隙​中,​该​信道​估计​即​被​用于​计算​下​行​链​路​信号​的​预​编码​器。​理想​情况​下,​这​就​导致​每​一个​移动​用户​从无​干扰​的​信道​上​收到​所要​传达​给​他们​的​信息。​预​编码​器​设计​是​一个​开放​的​研究​领域,​且​适用​于​各种​各样​的​系统​设计​目标。​举​个​例子,​预​编码​器​可用​来​设计​尽可能​地​对​其他​用户​不​产生​干扰、​最小​化​总​辐射​功率,​或者是​减少​所​发送​射频​信号​的​峰值​平均​功率​比。

大规模​MIMO​应用​程序​框架​可​用于​很多​的​配置​应用​中,​且​可​支持​64​到​128​天线​高达​20MHz​瞬时​实​时​带​宽,​同时​支持​多个​独立​用户​设备​同时​使用。​这个​类似​LTE​的​协议​使用​2048​个​点​的​快速​傅​里​叶​变换​计算​(FFT)​和​0.5​毫秒​的​时​隙,​如​表​1​中​所​示。​这​0.5​毫秒​的​时​隙​确保​了​足够​的​信道​一致性,​促进​了​移动​测试​场景​中​(换句话说,​用户​设备​是在​运动​的)​的​信道​互​易​性。

大规模​MIMO​硬件​和​软件​组成

设计​一个​大规模​MIMO​系统​需要​四​个​属性:

  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​吞吐量​和​确定​性的​总​线,​用以​传输​和​汇集​海量​的​数据
  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

理想​情况​下,​这些​的​属性​可被​快速​自​定义​以​满足​更多​更​广泛​的​研发​需求。

基于​NI​平台​的​大规模​MIMO​应用​程序​框架​将​软件​无线​电、​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。​这​一部分​就​具体​解释​了​基于​NI​的​大规模​MIMO​基​站​和​用户​设备​终端​中​所用​到​的​各种​硬件​和​软件​部分。

USRP​软件​无线电

USRP RIO​软件​无线​电​包含​了​一个​2X2 MIMO​集成​收​发​仪​和​用于​提高​基​带​处理​速度​的​高性能​Xilinx Kintex-7 FPGA,​所有​的​这些​硬件​均​封​装​在​一个​0.5U​的​机​架​安装​式​外壳​内。​它​将​主机​控制器​通过​PCI Express x4​总​线​连接​到​系统​控制器,​为​台式​电脑​或者​PXI Express​主机​提供​高达​800MB/​s​的​数据​传输​速度​(或是​通过​ExpressCard​为​笔记​本​电脑​提供​200MB/​s​的​速度)。​图​2​提供​了​USRP RIO​硬件​的​程序​框​图​概​览。

USRP RIO​基于​LabVIEW​可​重​配置​I/​O (RIO)​架构,​结合​了​开放​的​LabVIEW​系统​设计​软件​和​高性能​的​硬件​模​块,​从而​大大​简化​了​开发。​高度​的​软​硬件​集成​降低​了​系统​集成​的​难度,​这​对于​如此​规模​的​系统​来说​具有​重要​意义,​使得​研发​人员​可以​集中​更多​的​精力​在​研发​上。​尽管​整个​NI​应用​程序​框架​软件​都是​基于​LabVIEW​开发​的,​但​LabVIEW​可以​集成.m​脚本​文件、​ANSI C/​C​+​+及​HDL​等​其他​编​程​设计​语言​的​IP,​通过​代码​重用​来​提高​开发​效率。   

图​2. USRP RIO​硬件​(a) 以及​系统​框​图 (b)

PXI Express​机​箱​背板

大规模​MIMO​应用​程序​框架​使用​PXIe-1085​机​箱,​这​是​一​款​高级​的​18​槽​PXI​机​箱,​其​使用​的​PCI Express​第二​代​技术​使得​每​一个​插​槽​都可​用于​高​吞吐量、​低​延迟​性的​应用​设计。​该​机​箱​拥有​每​插​槽​高达​4 GB/​s​的​专用​带​宽,​以及​12 GB/​s​的​系统​带​宽。​图​3​所​展示​的是​双​开关​的​背​板​架构​图。​多​PXI​机​箱​能​通过​菊花​链​或者​星形​链​的​配置​方式​扩展​搭建​高​通道​数​的​系统。

图​3. 18​槽​PXIe-1085​机​箱​(a) 以及​系统​框​图 (b)

高性能​可​重​配置​FPGA​处理​模块

大规模​MIMO​应用​程序​框架​使用​了​FlexRIO FPGA​模​块​来​添加​灵活​的​高性能​的​处理​模​块,​这些​模​块​是​基于​PXI​形式,​并​可​使用​LabVIEW FPGA​模​块​进行​编​程。​PXIe-7976R FPGA​模​块​可以​独立​使用,​它​提供​了​逻辑​单元​丰富​且​可​定制​的​Xilinx Kintex-7 410T,​通过​PCI Express Gen 2 x8​总​线​与​PXI Express​背​板​相连。​此外​利用​高性能​的​射频​收​发​器、​基​带​模数​转换​器/ 数​模​转换​器​以及​高速​数字​I/​O,​大部分​插入​式​FlexRIO​适​配​器​模​块​可​进一步​扩展​该​平台​的​I/​O​功能。

图​4. PXIe-7976R FlexRIO​模​块​(a) 以及​系统​框​图 (b)

8​通道​时钟​同步

Ettus Research​公司​的​OctoClock 8​通道​时钟​分配​模​块​提供​了​对​高达​8​套​USRP​设备​时间​和​频率​的​同步,​通过​在​匹配​长度​信号​中​放大​和​分割​一个​外部​10MHz​参考​时钟​和​每秒​脉冲​数​(PPS)​信号​的​八​种​方法​来​实现​同步。​OctoClock-​G​使用​内部​集成​的​GPS​锁定​晶体​振荡​器​(GPSDO)​作为​内部​时间​和​频率​参考。​图​4​显示​的是​OctoClock-​G​的​系统​概​图。​前​面板​上​的​一个​开关​用​来​供​用户​选择​使用​内部​时钟​源​还是​外部​参考​时钟。​有了​OctoClock​模​块,​用户​就​可以​简单​地​搭建​出​MIMO​系统,​并与​其他​可能​涉及​到​MIMO​研究​的​高​通道​数​系统​或​一起​协同​工作。

图​5. OctoClock-​G​模​块​(a) 以及​系统​框​图 (b)

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LabVIEW​系统​设计​环境

LabVIEW​提供​了​一个​集成​化​的​工具​链,​用以​管理​系统​级​软​硬件​细节;​在​图形​化​用户​界面​上​可​视​化​系统​信息,​开发​通用​处理​器​(GPP)、​实​时​和​FPGA​代码;​以及​将​代码​部署​到​研发​测试​台上。​借助​LabVIEW,​用户​可以​轻松​集成​其他​编​程​环境​中的​代码,​比如​ANSI C/​C​+​+可​通过​调​用​库​节点​函数​集成、​VHDL​可​通过​IP​集成​节点​集成、​甚至.m​文件​脚本​也​可​通过​LabVIEW MathScript​实​时​模​块​进行​集成。​这​使得​开发​具有​高度​可读​性​和​可​定制​性的​高性能​设计​变得​可能。​所有​的​硬件​和​软件​在​同​一个​LabVIEW​项目​中​进行​管理,​使得​研究​人员​能够​将​代码​部署​至​所有​处理​单元​并​在​统一​的​环境​中​运行​各种​测试​场景。​大规模​MIMO​应用​程序​框架​采用​LabVIEW​进行​开发​是​因为​LabVIEW​提供​的​高​效率​及其​基于​LabVIEW FPGA​模​块​编​程​和​控制​I/​O​的​能力。

图​6. LabVIEW​项目​和​LabVIEW FPGA​应用​程序

大规模​MIMO BTS​应用​程序​框架​架构

以上​软​硬件​平台​组​件​相​结合​即可​构成​可​从​几​根​天线​扩展​到​超过​128​根​同步​天线​的​测试​台。​为了​便于​用户​理解,​本​技术​白皮书​仅​说明​了​64、​96​以及​128​天线​配置。​128​天线​系统​包含​了​64​个​双​通道​USRP RIO​设备,​通过​星形​架构​连接​到​四​个​PXI​机​箱​上。​主机​箱​汇集​数据​后​由​FPGA​和​基于​四​核​Intel i7​处理​器​的​PXI​控制器​进行​集中​处理。 

在​图​7​中,​主机​箱​使用​了​PXIe-1085​机​箱​作为​主​数据​汇集​节点​和​实​时​信号​处理​引擎。​PXI​机​箱​提供​了​17​个​插​槽,​预​留给​输入​输出​设备、​定​时​和​同步​模​块、​用于​实​时​信号​处理​的​FlexRIO FPGA​模​块​以及​连接​从​机​箱​的​扩展​模​块。​128​天线​的​大规模​MIMO BTS​系统​需要​非常​高​的​数据​吞吐量​来​汇集​和​实​时​处理​128​个​通道​发送​和​接收​的​I-​Q​正交​信号,​对​此​PXIe-1085​机​箱​是​最佳​选择,​它​支持​吞吐量​高达​3.2GB/​s​的​PCI Gen 2 x8​数据​链​路。

图​7. 基于​PXI​和​USRP RIO​的​可​扩展​大规模​MIMO​系统​框图

在​主机​箱​第一​槽​位​的​PXIe-8135 实​时​控制器​或​嵌入式​计算​机​担任​着​中央​系统​控制器​的​角色。​PXIe-8135 实​时​控制器​具有​2.3GHz​四​核​i7-3610QE​处理​器​(单​核​下​最大​可​超频​提升到​3.3GHz)。​主机​箱​内​还​包含​4​个​PXIe-8384(S1​到​S4)​接口​模​块,​用于​将​子​机​箱​连接​到​主​系统。​主​从​机​箱​间​通过​MXI​总​线​进行​连接,​确切​来说​是​PCI ExpressGen 2 x8​总​线,​为​主​从​节点​之间​提供​了​高达​3.2GB/​s​的​数据​传输​吞吐量。 

系统​还​包括​了​8​个​PXIe-7976R FlexRIO FPGA​模​块,​用​来​满足​大规模​MIMO​系统​中的​实​时​信号​处理​需求。​插​槽​的​位置​配置​示例​展示​了​主机​箱​中的​FPGA​可以​通过​级​联​方式​连接,​以​支持​每一​个子​节点​的​数据​处理​需求。​每​个​FlexRIO​模​块​可以​通过​背​板​以​低于​5μs​的​延迟​和​高达​3GB/​s​的​吞吐量​与​其他​FlexRIO​模​块​或​所有​USRP RIO​进行​数据​通信。​进行​接收​或​发送​数据,​并且​延​时​小​于​且​吞吐量。

定​时​和​同步

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。​BTS​系统​共享​一个​通用​10MHz​参考​时钟​和​一个​数字​触发​信号,​用于​启动​每​个​无线​电​设备​的​数据​采集​和​生成,​以​确保​整个​系统​之间​的​系统​级​同步​(参见​图​8)。​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)​并​提供​一个​数字​触发​信号​来​实现​与​OctoClock-​G​时钟​分配​模​块​的​同步。​之后,​OctoClock-​G​提供​并​缓​存​这​一个​10MHz​参考​时钟​信号​(MCLK)​和​触发​信号​(MTrig)​到​OctoClock​模​块,​以​一对​八​的​比例​提供​给​USRP RIO​设备,​从而​确保​所有​天线​共享​10MHz​的​参考​时钟​和​主​触发​信号。​这里​提到​的​控制​架构​可​精确​地​控制​每​一个​无线​电​设备/​天线​单元。

图​8. 大规模​MIMO​系统​时钟​分配​框图

表​2​提供​了​64、​96​和​128​天线​系统​的​基​站​配件​清单​快速​参考。​它​包括​了​如​图​1​中​所​示​的​硬件​设备​和​设备​连接​线​缆。

表​2. 大规模​MIMO​基​站​配件​清单

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基​站​收​发信​机​(BTS)​软件​架构

基​站​应用​程序​框架​软件​是​根据​表​1​中​所​列​的​系统​参数​目标​而​设计​的,​其中​USRP RIO​中的​FPGA​负责​物理​层​的​正交​频​分​复​用​(OFDM)​处理, PXI​主机​箱​中的​FPGA​负责​MIMO​物理​层​处理。​更​高层​的​介质​访问​控制​函数​则​在​PXI​控制器​上​的​英特尔​通用​处理​器​(GPP)​中​运行。​该​系统​架构​可​允许​进行​大量​的​数据​处理​且​具有​足够​低​的​延​时​性​来​维持​信道​互​易​性。​预​编码​的​参数​直接​从​接收​机​传输​到​发射​机,​以​获得​最高​的​系统​性能。

图​9. 大规模​MIMO​系统​数据​和​处理​框图

从​天线​开始,​OFDM​物理​层​的​处理​在​FPGA​中​实现,​这样​计算​强度​最大​的​处理​就​可在​天线​附近​执行。​之后,​计算​结果​与​MIMO​接收​机​(MIMO RX)​的​IP​函数​相​结合,​从而​得到​每​个​用户​和​每​个​副​载波​的​信道​信息。​然后​再​将​计算​得到​的​信道​参数​传输​到​MIMO​发射​端​(MIMO TX)​进行​预​编译,​将​能量​集中​到​单一​用户​的​回路​中。​虽然​介质​访问​控制​的​某些​部分​是在​FPGA​中​实现,​但是​其​大部分​的​实现​还有​其他​更​高层​的​一些​处理​还是​在​通用​处理​器​(GPP)​中​实现​的。​系统​每​个​阶段​使用​的​特定​算法​是​当前​一个​活跃​的​研究​领域。​整个​系统​可​使用​LabVIEW​和​LabVIEW FPGA​进行​重新​配置​——​在​提升​速度​的​同时​无​需​牺牲​程序​的​可读​性。

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用户​设备

每​一个​用户​设备​代表​一台​手机​或者是​其他​单​入​单​出​(SISO)​或​具有​2x2 MIMO​无线​功能​的​无线​设备。​用户​设备​(UE)​的​原型​实验​使用​了​具有​集成​式​GPSDO​的​USRP RIO,​并​通过​一根​PCI Express​转​ExpressCard​线​缆​连接​到​一台​笔记​本​电脑。​GPSDO​的​重要性​在于​它​提供​了​更高​的​频率​精确​性,​而且​如果​将来​进行​系统​扩展​有​需要​时,​也​可​提供​同步​和​获取​地理位置​的​能力。​一个​典型​的​测试​台​实现​会​通常​包含​多个​用户​设备​的​系统,​其中​每一​台​USRP RIO​可​相当​于​一台​或​两​台​用户​设备。​在​用户​设备​上​部署​的​软件​与​BTS​的​软件​非常​相似,​然而​它​只是​作为​一个​单​天线​系统​实现,​所以​将​它的​物理​层​放在​USRP RIO​中的​FPGA​上​实现,​而把​介质​访问​控制​层​(MAC)​放在​主机​PC​上​实现。

图​10. 使用​笔记​本​电脑​和​USRP RIO​进行​典型​的​用户​设备​搭建

表​3​提供​了​在​一个​单​用户​设备​系统​中​使用​的​配件​清单。​它​包含​了​图​10​中​所​示​的​硬件​设备​和​连接​线​缆。​或者,​如果​选择​台式​电脑​作为​用户​设备​控制器​时,​可以​使用​PCI Express​连接。

表​3. 用户​设备​配件​清单

结论

NI​技术​通过​LabVIEW​系统​设计​软件​以及​USRP RIO​和​PXI​平台​的​组合​正在​彻底​改革​高​端​科研​系统​的​原型​设计​方法。​本​文章​介绍​了​一种​搭建​大规模​多​入​多​出​(MIMO)​系统​的​可行​方法​来​进一步​推进​5G​的​研究。​该​应用​程序​框架​中​使用​的​各种​NI​技术​的​独特​组合​实现​了​大量​无线​电​设备​在​时间​和​频率​上​的​同步,​而且​PCI Express​技术​也​提供​了​以​15.7GB/​s​速率​上下​行​传输​和​汇集​I-​Q​信号​所需​的​吞吐量。​FPGA​的​数据​流​设计​方式​简化​了​物理​层​和​介质​访问​控制​层​上​的​高性能​处理,​满足​实​时​处理​的​要求。

为​保证​这些​产品​能​满足​无线​技术​研究​人员​的​特定​需求,​NI​正在​积极​地​与​行业​领先​的​研发​人员​和​隆德​大学​等​世界​名校​进行​合作。​这些​合作​推动​了​一些​研究​领域​取得​令人​兴奋​的​进展,​同时​也​促进​了​需要​和​正在​使用​大规模​MIMO​应用​程序​框架​等​工具​的​工程​师​和​科研​人员​之间​的​方法、​IP​和​最佳​实践​共享。 

阅读​更多​解决​方案,​请​访问ni.com/​5g

 

参考文献

C. Shepard, H. Yu, N. Anand, E. Li, T. L. Marzetta, R. Yang, and Z. L., “Argos: Practical many-​antenna base stations,” Proc. ACM Int. Conf. Mobile Computing and Networking (MobiCom), 2012.

E. G. Larsson, F. Tufvesson, O. Edfors, and T. L. Marzetta, “Massive mimo for next generation wireless systems,” CoRR, vol. abs/​1304.6690, 2013.

F. Rusek, D. Persson, B. K. Lau, E. Larsson, T. Marzetta, O. Edfors, and F. Tufvesson, “Scaling Up MIMO: Opportunities and Challenges with Very Large Arrays,” Signal Processing Magazine, IEEE, 2013.

H. Q. Ngo, E. G. Larsson, and T. L. Marzetta, “Energy and spectral efficiency of very large multiuser mimo systems,” CoRR, vol. abs/​1112.3810, 2011.

Rusek, F.; Persson, D.; Buon Kiong Lau; Larsson, E.G.; Marzetta, T.L.; Edfors, O.; Tufvesson, F., “Scaling Up MIMO: Opportunities and Challenges with Very Large Arrays,” Signal Processing Magazine, IEEE , vol.​30, no.​1, pp.​40,60, Jan. 2013

National Instruments and Lund University Announce Massive MIMO Collaboration, ni.com/​newsroom/​release/​national-​instruments-​and-​lund-​university-​announce-​massive-​mimo-​collaboration/​en/, Feb. 2014

R. Thoma, D. Hampicke, A. Richter, G. Sommerkorn, A. Schneider, and U. Trautwein, “Identification of time-​variant directional mobile radio channels,” in Instrumentation and Measurement Technology Conference, 1999. IMTC/​99. Proceedings of the 16th IEEE, vol. 1, 1999, pp. 176–​181 vol.​1.

 

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