基于软件无线电的MIMO实时平台研制及相关技术研究实现

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MIMO已成为新一代通信系统的核心技术,得到了WIFI、WiMax等标准的支持。它利用多个天线进行收发能在不增加频谱带宽的情况下,提高无线通信系统的通信容量和通信质量。而目前,对MIMO一系列关键算法的研究许多都停留在理论或者计算机仿真阶段。因此有必要研制一套真实的MIMO系统平台,来验证算法在真实环境中的正确性、可靠性。近年来,国内外不断涌现出用于评估和验证MIMO关键技术的实验平台。这些实验平台主要分为非实时平台和实时平台两种。非实时平台针对现有的无线通信算法验证仅使用简化的无线信道仿真所带来的问题,提供一种具有真实信道环境的测试平台。研究人员可以通过互联网访问服务器,将计算机仿真后的数据通过无线网络进行传送和接收,来验证算法在真实信道环境下的性能。这种平台开发周期短,具有很好的灵活性和开放性,但是数据传输速率低、实时性差。而实时平台是在非实时平台基础上进行开发的,一般采用FPGA或者IC设计来完成,对开发人员的硬件背景和技术背景要求都很高。除了真实的信道环境,实时平台引入了更多的真实系统参数,具有更高的容量和数据传输速率。因此这种实时平台的开发周期更长,开发成本也很高,灵活性差,不适合研究机构进行教学实验与开发。因此,本文提出了一种基于软件无线电的MIMO实时平台。本平台利用软件无线电的思想,以DSP和FPGA的混合开发板为依托,通过软件编程来实现MIMO系统的各种功能。本平台在设计中将基带处理放在DSP板来完成,高速复杂的中频处理采用FPGA来完成。本设计将整个MIMO系统分为几个主要的处理模块,如调制解调模块,编译码模块,上下变频模块,同步模块,信道估计模块等。不同的模块执行不同的任务来完成相应的算法处理,通过各个任务模块之间的数据传输来实现整个MIMO系统通信过程。为了缩短开发周期,我们利用Systemgenerator提供的IP核来搭建中频处理系统模型,省去了底层开发的麻烦。本平台为方便研究人员使用,将常用算法封装起来,为用户提供可选窗口,使用户能够集中精力进行理论验证和性能评估。同时也为使用者预留了模块接口,用户可以搭建自己的任务模块,只需提供相应的接口参数便能享用整个系统资源。本文提出的实时平台在保证高的数据传输速率和系统容量的同时,既可以为理论研究人员提供更加真实的验证环境,又可以为开发人员提供灵活的算法实现接口,而且整个系统的开发周期也大大缩减了,很适合在研究机构中推广和使用。
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