基于NI-PXI的下一代超高速无线局域网原型系统设计

和FPGA端之间进行，其流向如图3所示。系统发送端采用两路数据流形式，因此需要两块FPGA进行数据的生成并与发送射频天线进行对接。为完成无线数据的传输，系统架构中还配有数据发送用户Local_PC以及数据接收用户Remote_PC，另外还有一台控制器Host作为中间载体，对数据的基带收发处理进行LabVIEW算法开发。假设传送的数据为视频流。首先，发送端Local_PC将视频流数据封装成U8格式并打包，FPGA1产生中断向Host请求数据，Host得到该中断请求后，向Local_PC产生新的中断，以请求封装好的数据。Local_PC等待中断请求到来，即向Host发送U8数据包。Host获得U8 数据后会响应FPGA1的中断，通过DMA_FIFO向FPGA2发送数据。FPGA2完成发送端基带处理过程中的各模块操作，形成两路数据流。其中一路数据流通过P2P机制传送给FPGA1。两路数据流通过硬件接口发送至射频卡中，在射频卡中对数据流进行射频信号处理并通过发送天线发出；接收信号经过射频卡传送至两块FPGA中，将FPGA2中的数据通过P2P传送至FPGA1中，在FPGA1中完成后续基带接收过程，将处理完的比特流通过DMA_FIFO传回Host，Host将数据传给Remote_PC，在Remote_PC中显示视频流。

图3、原型机物理层数据流向图

3.3.2、HOST端设计

在此系统设计中，HOST端是连接PC，FPGA，射频卡的重要纽带。其主要完成工作为：

a.完成对PC端视频流的收发，这部分通过网线利用UDP协议，在这方面LabVIEW具有成熟的设计，调用并配置IP地址，包长参数等等。对于接收到的数据，考虑到Viterbi设计时的咬尾操作，必须对数据包进行补零，利用数组转换等设计完成，同样对于发送给PC端的比特流，需要进行去尾操作。

b.完成基带参数的传递及DMA_FIFO的建立。需要考虑的基带参数有：调制方式，每一帧的长度，Viterbi每个Block的长度。DMA_FIFO建立了两个：HOST端的比特流传递给FPGA（HOST to Target），FPGA端的解出的比特流传递给HOST端（Target to HOST）。

c.完成射频参数的传递，主要包含带宽的选择，载波频率的选择，直流偏置修复参数，发送功率值，放大器增益设置等。

d.还需完成两块FPGA板卡间数据传输及同步配置等问题，这一部分在FPGA设计中作详细讨论。

e.完成自动增益控制（AGC）和自适应调制（AMC）功能模块。

下面详细讨论一下HOST端主要功能模块的实现。

（1）视频流收发配置

PC与HOST之间的通信是通过UDP协议完成的。UDP有连接简单，速度快的特点，只要保证发送端PC、NI-PXI的主控器、接收端PC三者都连接在同一个局域网内，即可利用UDP实现数据的高速通信。

HOST具体设置如下：发送端PC将本机IP地址设为回送地址192.168.1.7，目的IP地址设为HOST的实际地址，目的设备端口号设为12270。此外还需设置一个接收HOST发来的数据请求中断的端口号，设其为2000；接收端PC将本机IP地址和远程设备IP地址均设为实际地址，再定义一个接收远程数据的端口号12271。这样就可以利用Socket套接字进行UDP数据的发送和传输了。

（2）自适应调制（AMC）方案

尽管高阶调制、高编码速率可以使频谱效率提高，但这对通信系统的信噪比参数提出了较为严格的要求，如果噪声能量达到一定程度会造成系统误码率上升，误码性能大大下降，从而降低了系统的吞吐量。为确保系统的有效吞吐性能，当信噪比较低时，应选择低阶调制方式与编码速率，当信噪比较高时，可以选择高阶调制方式与编码速率。因此，设计采用自适应调制(AMC)技术，在发射功率恒定的情况下，通过调整无线链路传输的调制方式与编码速率确保链路的传输质量。

实现AMC的过程需要稳定的信号功率，这需要引入自动增益控制(AGC)技术以确保信号能量的稳定性。在AGC的工作过程中，初始化功率p₀让射频放大器得到初始化的放大系数，对于接收端来说，需要设置一个预期能量p_ref，用来确定AGC过程趋于稳定时信号的能量。在通信过程中，当信道环境发生变化时，接收信号的能量p_r会不断发生变化，调整功率参数p_d也会随之变化(p_d是一个负值参数，用于控制射频放大系数)。接收信号能量降低时，接收天线的射频放大器会提高放大系数，接收信号能量提高时，接收天线的射频放大器会降低放大系数，这样使得信号能量维持在预期能量p_ref附近。在通信过程的开始，调整功率参数p_d可以任意设置。AGC过程中调整功率参数p_d(对数形式)满足公式(1)，其中p_{d_new}为p_d的更新值。

(1)

考虑采用BCC信道编码方式的单用户MIMO2×2系统，固定BCC编码速率为1/2，一种简单的AMC设置方案如下表所示，表中pd所在区间是在NI-PXI平台上使用NI-5791射频适配模块进行测试的一组