大规模MIMO阵列解决方案

 大规模MIMO阵列解决方案 

        大规模多输入多输出(MIMO)技术是5G网络通信中的一项关键技术，它利用大规模的天线阵列实现高效的信号传输和接收。通过增加天线数量，大规模MIMO技术能够在不增加频谱资源和发射功率的情况下，显著提高系统的信道容量和频谱效率。对于实现5G愿景和满足频谱效率的关键性能要求，对大规模MIMO和其他技术进行原型验证的需求至关重要。 由于基于计算机的仿真无法单独应对许多复杂的未决问题，因此必须创建能在真实信道条件下实时运行并发送/接收真实RF信号的原型系统。由电脑端的仿真软件和软件无线电平台共同组建的半实物半实验系统就能够解决上述问题，实现从理论仿真到实际应用的过渡，从而加速新一代通信系统的开发。

1. 功能描述

该方案采用珞光电子公司的USRP-LW N321平台搭建，主要由可编程射频前端USRP-LW N321、服务器、交换机、时钟源OctoClock-LW-G组成。

（1）可编程射频前端

        采用USRP-LW N321作为该方案的射频前端，覆盖3MHz到6GHz的频率范围。每通道可提供高达200MHz的瞬时带宽。可编程射频前端通过SFP+ 10G ETH与服务器/交换机连接。

（2）服务器

        服务器采用浪潮 NF5468M6服务器，内置100G加速卡，实现数据的快速传输。拥有高性能的处理器以处理来自射频前端的基带信号，为用户验证理论、开发复杂系统原型提供了保障。

（3）时钟源

        采用OctoClock-LW-G时钟源，为可编程射频前端提供10MHz、1 PPS参考，实现多台USRP-LW N321间的时钟和触发信号的同步。

（4）交换机

        在16*16MIMO和32*32MIMO方案中，由于可编程射频前端由8/16台USRP组成，因此使用交换机来连接服务器与射频前端，实现数据传输。交换机采用华为S6730S-H24X6C-A，通过万兆网口连接多台USRP-LW N321，通过100G以太网连接服务器。

 2. 系统框图 

        通过搭配不同数量的可编程射频前端，该系统可提供8*8 MIMO、16*16 MIMO、32*32MIMO解决方案。系统框架图如下图所示：

8*8MIMO：

16*16MIMO：

32*32MIMO：

 3. 方案测试 

        偏斜测量基于使用多通道射频参考架构提供的参考软件生成的 IQ 数据文件进行。测量系统使用32*32 MIMO 系统环回配置（连接 RF RX-TX 端口以实现 MIMO 环回），以一致的路径长度将信号从所有 Tx 端口连通到所有 Rx 端口。

（1）测试记录表

（2）过程数据

同一设备上的两个 Rx 通道之间的平均通道间相位偏斜（测试时间1h）

不同设备间的两个 Rx 通道之间的平均通道间相位偏斜（测试时间1h）

同一设备上的两个 Tx 通道之间的平均通道间相位偏斜（测试时间1h）

不同设备间的两个 Tx 通道之间的平均通道间相位偏斜（测试时间1h）

（3）测试结论

32*32MIMO多通道射频系统在测试的整个持续时间内，相位同步效果较优，相位偏斜小于0.2°。

 4. 主要设备规格 

（1）软件无线电平台USRP-LW N321 

        USRP-LW N321是一种网络软件定义无线电，可为大规模和分布式无线系统中的部署提供可靠性和容错能力。这是一种高性能SDR，它使用独特的RF设计，以半宽RU尺寸提供2个RX和2个TX通道。灵活的同步架构支持10 MHz时钟参考，PPS时间参考外部TX LO和RX LO输入，可实现相位相干MIMO测试平台。

USRP-LW N321利用UHD的最新软件开发来简化对网络上多个设备的控制和管理，并具有独特的远程管理任务功能，例如调试，更新软件，重新启动，重置为出厂状态以及监视系统运行状况。

（2）时钟源Octoclock-LW-G

OctoClock-LW-G是一个高精度的时钟源的设备分配系统。对于希望建立一个多通道系统，并同步到一个共同的参考时间的用户来说，这是非常有用的。例如，我们可以利用OctoClock-G对USRP N210进行相干操作，与系统同步。这样可以实现很多的相控阵的应用，例如波束形成，超分辨测向，多样性的结合，或MIMO收发器的设计。