基于NI-PXI的下一代超高速无线局域网原型系统设计

时间：01-13 来源：mwrf 点击：

载波频率同步和采样时钟同步。由于NI-PXI平台具有优良的集成工艺和精密性，收发机的本振频率几乎一致，采样时钟也几乎保持完全相同，因此在原型机系统设计中可以暂时忽略系统的载波频率偏差和采样时钟偏差带来的影响。因此本文原型机的接收端采用基于前导码训练序列的MIMO-OFDM系统时间同步方案。

时间同步的处理主要分为捕获和跟踪两个阶段，具体分为帧同步过程和符号同步过程。帧同步又称作粗时间同步，用于检测数据分组的到来，这是时间同步的捕获阶段；符号同步又称作精时间同步，用于精确定位OFDM符号数据的起始位置，这是时间同步的跟踪阶段。

f.信道估计与均衡

信道估计是获取信道信息的重要模块，利用估计出的信道响应可以对接收端数据进行信道均衡操作从而恢复数据。IEEE802.11ac协议的信道估计采用定期发送训练序列的方法，即利用前导码中VHT-LTF的若干字段在频域内进行信道估计。信道均衡则是对接收信号进行一定的补偿操作，即对信号进行恢复与提取，为后续的解调和信道解码过程打下基础。利用之前得到的估计信道进行信道均衡过程，可以减轻或消除码间干扰，使得系统能够对抗无线信道衰落，从而提高无线系统的数据传输速率和频谱效率。本原型机采用基于LS算法的信道估计和基于ZF算法的信道均衡。

g.维特比译码

本系统中采用Xilinx的IP Core实现Viterbi译码，其输入采用基于帧形式的传输方式，需要重点考虑的是咬尾问题。因此需要在每一帧的最后添加6个零，使译码器回到初始状态。

3.3.4、PC端设计

PC端主要完成视频流的编码打包，并加上CRC校验码，同时根据不同调制方式改变发送数据包的大小。之所以选择用两台PC分别处理视频流的收发，是因为考虑到LabVIEW对视频流处理能力的薄弱，如果采用HOST端作视频流的编解码，这会耗用大量的CPU资源。因此NI仪器完全用来处理数据比特部分，而视频流的一系列处理则用C#编写的代码进行。

视频数据发送用户和接收用户的用户界面如图5、图6所示。发送用户界面中可以显示发送的视频，当前采取的调制方式MCS，包长的大小，每次请求包的数目（不同调制方式请求的包数不同），HOST中断请求次数等参数。而接收用户界面中可以显示接收到的视频，传输速率、接收到包的总数，误包率等参数。最主要的参数是Received Data Rate和Processed Data Rate。Processed Data Rate为传输的有效数据，也即实际视频流传输数据速率。由于视频流的包比较小，在其中添加了冗余信息来形成完整的包，Received Data Rate表示这种完整包的传输速率，也即物理层传输的数据速率。

图5、PC端发送用户界面

图6、PC端接收用户界面

4、基于NI-PXI的11ac原型机系统演示

关于原型系统的演示，分别从接收星座图演示以及视频流传输两个角度进行分析，以便更好地测试系统的性能。

4.1、接收星座图演示

接收星座图演示过程中，可以无需发送端和接收端的PC外设。主控器Host可以随机产生固定OFDM符号数的U8型数据流，并将U8型数据送入FPGA中，通过基带处理和射频收发等一系列过程，Host将接收天线得到的信号通过FFT操作转换到频域后进行输出，观察频域接收数据的星座图变化。在测试中，Host需要实现AGC功能，使得天线自由移动时，接收端仍然能够实现精确的时间同步过程。根据是否采用AMC方案，可以将接收星座图测试分为手动模式和自适应模式两种。手动模式下，无论接收信号强度与信道环境如何，都采取手动设置发送端的星座映射方式，这种模式可以观察固定的星座映射方式下不同天线环境对接收星座图的影响；自适应模式下，采用AMC方案，即系统根据当前的信道环境自动设置理想的星座映射方式，使得数据传输的速率和误码性能达到同时较优的状态。

下图反映了MIMO2×2系统在手动模式下，发送端分别采用BPSK映射方式的接收星座图结果。手动模式下，可以通过调整天线的位置与间距改善传输信道环境，使得各映射方式下的接收星座图都能达到准确清晰的水平。