利用NI平台构建面向5G无线通信技术的Mini Massive MIMO原型验证系统.docx

利用NI平台构建面向5G无线通信技术的MiniMassiveMIMO原型验证系统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，人们对蜂窝移动通值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M1MO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N1的硬件平台成功搭建的MiniMassiveMIMO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N1平台的大规模M1MO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(SoftWareDefinedRadio,SDR)节点(主要为USRP-RIO系列)、时钟分配模块、高数据吞吐量PX1系统以及世理相结合，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。PXK-IOWMMarrAntennast-32Px8135USRPRIO2x2(1)pXM4,.p376-Px5set7px*.797e<6PXU79a15PX579768图IN1基于PXI和USRPRIO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PXIeT085机箱搭建而成，采用层次化设计，数据由USRP-RI0采集后经PXIc-8262接旦汇聚到各个子PXIeT085机箱，每个子PXIe-1085机箱最多可连接16个USRP-RIO即构成32X32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PXIeT085机箱上除配置PXIe-8135高性能嵌入式控1避外，还搭载了PXIe-7976的咏协处理盗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N1基于PX1和USRPRIO的可扩展大规模MIMO系统的时钟连接框图。图中所用到的OCtoC1oCk模块为时钟模块，该模块既可使用内部集成的GPS锁定晶体振招(GPSDO)作为时钟源，也可采用外部的IoMHZ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OCtOC1OCk模块放大和分发为8路信号，从而可同时提供给8个OctoC1ock模块或8台USRP设备在时钟和触发信号上的同步。,III2II8K1.IWrW金V9MIIIIW图2系统时钟连接图基于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IOMHZ参考时钟(50PPb的精确度)和提供一个数字触发信号给OctoC1ock-G时钟分配模块以用于时钟和触发信号的分发。之后，OCtOC1oCk-G放大并分发这一IOMHZ参考时钟信号(MC1K)和触发信号(MTrig)至8个OCtoC1OCk模块，接着每个OCtoC1OCk模块再以一对八的比例提供给USRPR1o设备，从而确保64个USRPR1O设备的所有天线共享IOMHz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OCtOC1oCk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IOMHZ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、MiniMassiveMIMO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MiniMassiveM1MO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MiniMassiveMIMO原型验证系统的系统框图如下图所示PXIe-1085PX1f8374PX -e,6674PXIe18374PXIC,8374PXO,35USPRRIO2*2楣ISRPRIO2*2#21SPRRIO2*2#1电子没用便WWWCFanX)m图3MiniMassiveM1MO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USRPRIO系列组成，以下是系统框图中所涉及的各组件的简要介绍：