MIMO

作者:Sleibso 编辑:csc57

Rincon Research是一家打造高性能数字信号处理产品和服务的公司,在射频信号分析上保持世界领先超过30年。最近推出的2X2多输入多输出软件定义无线电设备将模拟设备公司(Analog Devices)的AD9361 射频收发器和赛灵思公司的Zynq UltraScale+ ZU9EG MPSoC集成到5X2.675英寸的电路板上。 这款片上系统有60万逻辑单元,2,520个DSP切片(slices),并且带有1.2GHz四核的ARM Cortex-A53处理器和500MHz双核的ARM Cortex-R5处理器。整个设备的射频调谐范围为70MHz到6GHz。除此之外,板上的内存包括4G比特的DDR4 SRAM,一对QSPI内存芯片以及SD卡插槽。数字IO口包括两个USB3.0口和一个USB2.0口。IO扩展夹层设计(Mezzanine)板上带有10/100/1000以太网口,两个SFP+光笼,一个M.2 接口的SATA数据端口,显示端口和一个Sametec FireFly连接器。Rincon Research提供板载支持包,驱动程序以及工具支持。

Raptor板的系统框图:

NI(美国国家仪器公司,National Instruments,简称NI) 作为致力于为工程师和科学家提供解决方案来帮助他们应对全球最严峻工程挑战的供应商,今日宣布其LabVIEW Communications MIMO应用程序框架增加了多天线用户设备(UE)支持。 这使得MIMO应用框架成为全球唯一的商用物理层参考设计,为真正的大规模MIMO原型验证提供了强大的助力,超越了单独上位机处理系统,实现了全面的功能性5G部署。

无线研究人员可以将MIMO应用程序框架与NI软件无线电硬件结合使用,对各种MIMO研究课题(包括多用户MIMO、单用户MIMO和大规模MIMO)进行实时无线实验。 这一多FPGA物理层参考设计提供了详细完整的LabVIEW Communications源代码文档,可完全重新编写或修改,最大程度降低您在系统集成或系统设计的工作,并创建完整的多天线设备网络。

研究人员现在不仅可以探索基站端的波束成形技术,而且也可以探索UE端的波束形成技术,以进一步提高整体网络吞吐量,扩展小区覆盖范围,减少干扰等。 MIMO应用程序框架支持超过1.5 Gb/s的最大网络吞吐量、灵活且可重新配置的基于时分双工的帧结构以及全双向通信链路,随时可用于进行大规模MIMO实验并无缝集成自定义信号处理算法,而且时间相比其他方法要快得多。

5G毫米波无线电射频技术

作者:Thomas Cameron博士,ADI公司通信业务部CTO

简介
业界普遍认为,混合波束赋形(例如图1所示)将是工作在微波和毫米波频率的5G系统的首选架构。这种架构综合运用数字(MIMO) 和模拟波束赋形来克服高路径损耗并提高频谱效率。如图1所示,m个数据流的组合分割到n条RF路径上以形成自由空间中的波束,故天线元件总数为乘积m × n。数字流可通过多种方式组合,既可利用高层MIMO将所有能量导向单个用户,也可以利用多用户MIMO支持多个用户。

图1. 混合波束赋形框图

图1. 混合波束赋形框图

Massive MIMO和波束赋形:5G流行词背后的信号处理

作者:Claire Masterson,ADI公司系统应用工程师

简介

我们对高速移动数据的渴求是无止境的。可是在城市环境中可用RF频谱已经饱和,显然需要提高基站收发数据的频谱利用率。

基站包含大量天线,因此,提升基站频谱效率的一种方案是通过这些同一频率资源与多台空间上分离的用户终端同时通信并利用多径传输,故通过基站提升效率是方案之一。这种技术常被称为massive MIMO(大规模多入多出)。您可能听到过massive MIMO被描述为大量天线的波束赋形。随之而来的问题是:何谓波束赋形?

波束赋形与Massive MIMO的关系

不同的人对于波束赋形这个词有着不同的理解。波束赋形是指根据特定场景自适应的调整天线阵列的辐射图。在蜂窝通信中,许多人认为波束赋形是将天线功率主瓣指向用户,如图1所示。调整各天线收发单元幅度和相位,使得天线阵列在特定方向上的发射/接收信号相干叠加,而其他方向的信号则相互抵消。一般不考虑阵列和用户所处的空间环境。这是波束赋形,不过只是它的一种特别实现。

NI MIMO原型验证系统硬件介绍

由于以无线方式连接的设备越来越多,因此急切需要能够满足更高数据与容量需求的无线技术。 来势汹汹的物联网(IoT)设备已对既有的无线网络造成极大负担,而随着视频流与虚拟实境技术的普及,对数据传输率的需求也非现有速率能满足的。 多输入/多输出(MIMO)这项技术有望通过实现新一代无线技术来解决上述问题。 只要使用多根天线,便能在相同的时域与频域传输多个数据信号,可同时大幅提升容量、传输率或稳定性。 随着顶尖研究人员与无线网络公司迫切探索全新通信技术,MIMO也将成为一个热门话题。

尤其是多用户MIMO (MU-MIMO)技术,更确保了第五代(5G)无线网络具有广阔的前景。 MU-MIMO使得基站能够采用大量天线,通过高级信号处理技术,同时锁定多个用户,并重复使用相同的时间与频率空间。 MU-MIMO与Massive MIMO(MU-MIMO的其中一种)能够将无线网络容量提高10倍以上,同时提供更高的可靠性和网络密度。

MU-MIMO与Massive MIMO的部分基本原理已经大致清楚,但研究人员必须建立真实原型,才能更快速进行创新。 通过NI MIMO原型验证系统这款测试台,研究人员便能针对5G MIMO系统进行原型验证,快速获得结果。

1. MIMO原型验证系统硬件

NI最完整、可扩展性最强的软件定义无线电(SDR)解决方案产品系列增加了两名新成员,适用于航空航天、国防及无线通信原型验证平台。

NI今日宣布推出USRP-2945四通道接收器和USRP-2944高性能2x2多输入/多输出系统(MIMO)。这两款新产品将通用软件无线电外设产品家族的性能提升至新的水平,其频率范围、带宽和RF性能都是USRP系列产品中最出色的。

USRP-2945和USRP-2944进一步完善了NI SDR产品组合,产品范围下至小型可部署无线电,上至128天线大型多输入/多输出系统。凭借NI丰富的SDR产品,许多无线应用领域的工程师可通过统一的设计流程高效地从设计过渡到原型验证和产品部署。工程师还可以在NI SDR平台上搭载LabVIEW软件,快速开发实时通信和无线接收器系统,并基于真实信号使用板载现场可编程门阵列(FPGA)和FPGA编程工具对新算法进行原型验证。不仅如此,工程师还可将NI SDR产品同其它NI硬件相结合,利用高度灵活的硬件和统一的软件工具链,为最复杂的应用设计解决方案。

11ac高速的原因

在传统的11n标准中通过诸如“信道绑定”,“MIMO技术”,速度已经高达600Mbps(标准值)。最新的标准11AC,进一步发展这些技术,已经可以达到6.9Gbps,理论上速度更快。 相比于11n快了约11.5倍! 下面为大家介绍的是11AC高速通信的关键技术。

可用带宽扩展至2倍[信道绑定]
信道绑定是通过捆绑多个信道来扩展频率范围的技术。 用道路更换来打比方,11a/g是单车道,11n的话把两个相邻车道绑在一起组成一条车道。 在11AC中,进一步通过捆绑通道组成一个四车道,使比11n更高速通信成为可能。

增加一倍的可用的路由 [MIMO(多种通信技术)]

5G时代,大规模MIMO原型系统又创新世界记录

作者:kenshin

众所周知我们使用的移动通信网路经历了2G、3G、4G时代,可以说可以给我们的生活带来了很大便利,但是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不断增长,促使开发人员探究新的技术和方法来满足这一日益增长的需求。下一代移动通信网络技术被称为5G时代,它将解决现存的容量限制问题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、能效性和延迟性灯等。

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。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。目前我国的公司和高校也取得了较大的突破,如东南大学团队实现了Massive MIMO原型验证系统,并实现了高清视频流的流畅传输;中兴通讯公司凭借Pre5G Massive MIMO荣获全球移动“最佳移动技术突破奖”。

创新的低时延空中接口确保在毫米波频带能够实现高效无线传输,提升终端用户体验

包括大规模MIMO和波束追踪在内的创新物理层技术保证了超大的系统容量及频谱效率

贝尔实验室中国还评估了毫米波频带的无线信道传播特性

贝尔实验室中国近日宣布,其在高速无线传输及毫米波频谱使用方面实现突破,这一技术成果能够确保在无线传输海量数据文件时较现有技术更经济高效。这是在构建下一代无线技术(5G)可行性商业案例中所迈出的重要一步。

贝尔实验室中国通过在毫米波波段上使用大规模MIMO技术(多输入多输出技术),实现了显着的容量改善及相关效率的提升。通过峰值传输速率超过50 Gbps的原型机,贝尔实验室中国在28GHz毫米波频段上成功实现了高达100 bps/Hz的频谱效率,其传输速率可以让用户在8秒内完成 多部高清电影的下载。这一技术成果为5G网络运营商实现触觉互联网、超低时延高清虚拟现实(HD-VR)等未来应用的业务创新提供了基础。

超高速率传输以及毫米波频谱的高效使用能够让运营商为用户提供更具竞争力的高速移动业务并实现5G网络部署的更大灵活性,尤其是在无线回程传输领域。

解决方案细节一览:

创新的低时延空中接口确保在毫米波频带能够实现高效无线传输,提升终端用户体验,以最低250微秒的时延提供创新的业务应用。

基于NI平台的Massive MIMO 5G原型验证系统

作者:阳析、范利、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

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