基于DSP&FPGA的MIMO实时平台的开发

摘要

传统设计的无线通信系统为满足高数据速率的要求，需要额外的信号带宽或者使用高阶的调制技术，但是可供使用的空中带宽资源是有限的，高阶调制方式也受到技术上的限制。为了提高无线通信系统的传输数据率以及无线频带的利用率，MIMO系统的概念应运而生。MIMO系统在发射端和接收端使用多天线技术提高了通信质量和传输速率，在频域上也不需要额外的带宽，而且可以不必使用高阶的调制技术。 MIMO技术在无线移动通信领域的应用是具有革命意义的重大技术进步，被广泛认为是新一代移动通信系统实现高数据传输速率和高传输质量的重要途径之一。在过去的十年时间里，MIMO技术在理论、算法方面都已经进行了广泛的研究，取得了非常多的成果，但这些先进性的成果多是基于信道建模或计算机仿真得出来的结论，而实际系统的整体性能很难单纯通过理论分析或计算机仿真进行说明和验证。因此，我们研制开发了多输入多输出无线通信系统真实环境测试平台，很好地解决了这些问题。 本论文描述了一个多输入多输出通信平台，采用SUNDANCE公司的数字信号处理板，包括DSP模块、FPGA模块和A/D&D/A模块，通过真实的无线信道进行传输，实现实时的信号处理的全过程。作为一个先进的无线通信系统，我们提出的MIMO通信平台不仅为理论研究者提供了一个真实的通信环境，而且完成了一个全方位的、开放的、系统的应用平台。 在这个系统中，通过真实的无线通信信道进行传输，克服了无限信道仿真模型的限制；从信号发送到接收的整个流程的实时传输，满足了一个系统级的验证，降低了完成预期产品的风险，可以实现从试验平台到最后产品的快速转变；而且整个系统的模块化设计使平台的使用变得灵活简单，使用者只需要按照自己的需要修改相关的模块。 本论文的主要工作： 1．全面分析了MIMO技术的发展历程和MIMO平台的发展现状；就国内外MIMO平台的研究情况，结合MIMO关键技术，全面分析了MIMO实时平台的硬件结构和软件流程，总结出该产品具有的广阔的应用前景。 2．分析了该产品设计中硬件实现的总体框架和几个主要模块，介绍了各部分芯片所具有的突出功能和硬件电路的工作方法，并在此基础上，给出了硬件电路设计中的各项需要注意的内容总结，为产品的后续开发提供一定的借鉴作用。 3．在本论文设计过程中，软件是实现控制的主要部分，结合DIAMOND多处理器实时操作系统，全面介绍了整个系统的任务流程、算法的原理与设计、各模块之间以及主机与DSP之间的通信与控制，分析了程序设计的方法和突出优点。