基于通用服务器的大规模MIMO快速原型验证系统研究

摘要

进入21世纪以来，互联网产业和移动通信技术飞速发展。为适应移动互联网和物联网时代终端设备和通信业务量的高速增长，人们掀起了对第五代移动通信系统（5G）的研究热潮。大规模多输入多输出（MIMO）作为5G的核心技术之一，可大幅度提高系统的频谱效率和能量效率。然而，目前已公开报道的大规模MIMO开发验证平台以理论研究居多，无法满足对高复杂度算法开发验证与性能测试的实际需求，存在开发难度大、带宽低、扩展性差等缺点。本文针对上述缺点，研究基于通用服务器架构的大规模MIMO快速验证平台，充分发挥通用服务器的海量数据处理、高复杂度计算、快速编程实现以及灵活配置的优点。在配合高效稳定的FPGA软件无线电模块的基础上，该平台能迅速搭建出满足各种参数指标的快速原型验证系统，完成对大规模MIMO理论和算法的快速开发验证。具体工作安排如下： 首先，本文在完成对大规模MIMO研究现状的调研后，进行大规模MIMO快速原型验证系统的物理层设计。在对系统指标和无线帧结构进行设计的基础上，确定了系统的各种关键参数，设计了MIMO上下行链传输链路，并研究了大规模MIMO中的关键技术，其中重点研究了帧同步技术，包括基于CP的帧同步技术、基于PSS的粗同步和精同步技术，之后研究了在系统上实现的信道估计、信道均衡技术。 其次，本文对大规模MIMO快速原型验证系统的软件无线电模块进行了设计与实现。在介绍了该系统的硬件架构基础上，详细介绍软件无线电模块的设计与实现，其中关键介绍了帧同步的FPGA语言实现、万兆网卡的数据汇总与传输实现、以及基站端和用户端的软件无线电模块实现，部署了4x16MIMO上下行链路的基带数据传输部分。 接着，本文介绍服务器端的软件设计与实现。在简要介绍了服务器端的开发环境后，列举了服务器端主要的开发技术，阐述了服务器端的核心：服务器端多线程软件架构的设计实现，对主控制线程、上行MIMO处理线程、下行预编码线程等进行了详细的介绍，通过灵活修改其中的算法实现，能够快速验证各种MIMO算法的性能，满足不同验证平台的需要。 最后，本文介绍大规模MIMO快速原型验证系统的演示与测量，包括系统的上下行链路的视频传输，演示了4x16MIMO上下行链路各4路高清视频的同时传输，并在三种场景下对信道环境进行测量，包括室内场景、大厅场景和室外到室内场景，关键分析不同场景下的信道估计、信道冲激响应的特点。

目录

第一个书签之前