基于MIMO技术的非实时试验平台设计与实现

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迈入3G时代之后,无线通信系统的业务从传统的话音服务传输扩大到实时图像、音乐、视频流等多媒体传输服务,并且包括了网页浏览、电话会议、电子商务等应用,系统对信息的高速可靠传输提出了更高的要求,如何利用相对贫乏的无线频谱资源,使之能够提供更高质量、更高速率的通信服务成为亟待解决的问题。采用多部天线发射/接收技术的MIMO系统能够在可用带宽不变的情况下减轻多径衰落、消除共道干扰和减少发射功率,因此受到各种研究组织和标准制定协会广泛的关注,并已成为利用空间分集以提高频率利用率的必然趋势。随着MIMO-OFDM技术成为新一代通信核心技术的趋势和WiFi、WiMax等标准对MIMO技术的支持,具有验证功能的MIMO系统平台的搭建迫在眉睫。在今天,国内外多所研究机构和组织都在进行MIMO平台的验证和开发,相关的文章也频繁见诸报端,但怎样处理MIMIO平台的软硬件接口却迟迟没有定论。纯粹的软件实现MIMO验证系统开发难度低,实现相对简单,但不具备真实的无线通信传输信道;纯粹的硬件实现平台接近于工业化应用,但是灵活性低、算法修改困难。尤其不可取的是,研究人员将大量的时间花费在开发上,这必然会缩短他们对前沿算法的理论研究时间,甚至会有主次倒置的结果出现。软硬件接口的划分问题属于软件无线电的研究范畴。软件无线电被定义为:“构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台,将各种功能尽可能用软件完成,并使数模/模数转换尽量靠近天线,以研制出具有灵活性和开放性的软硬件平台。”这一概念打破了通信设备往往由纯硬件构造的格局,大大改善了硬件系统带来的兼容性差、研制困难等问题。基于软件无线电完成的平台可以通过仅仅升级系统软件、或者替换原有软件模块等步骤,就可使当前设备适用于其他系统或下一代通信的应用,大大延长了通信设备的使用寿命,并缩短了开发时间和费用。本文提出了一种基于软件无线电的低成本4X4多输入多输出(MIMO,Multiple Input Multiple Output)无线通信系统验证平台,主要研究在真实无线信道环境下多输入多输出(MIMO)通信系统的实现问题。该平台具有开放式、阶段性、验证性的特点,集数字基带软件实现、模拟前端电路和MIMO天线阵列于一体,实现“算法设计‘性能验证’系统实现”的全方位服务。开放式MIMO试验平台,可提供用来:学科建设,产、学、研结合,服务教育、科研、军事、民用及工业界,平台资源共享。用户可通过有线或无线局域网实现远程登陆,进行MIMO系统理论、基带处理算法和关键技术的算法验证以及系统级的性能分析。作为对平台的说明和演示,文章的最后介绍了符合802.16e标准的MIMO-OFDMA物理层标准以及在平台上的验证过程。
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