基于NI-PXI的下一代超高速无线局域网原型系统设计

统Host控制器的前面板设计，其主要实现了射频卡、UDP协议、FPGA设备同步、基带参数以及AGC模块等功能设置过程。

图10、原型系统Host控制器的前面板框图

PC端发射、接收用户界面已在3.3.4节通过图5、图6给出。

图11展示了基于NI-PXI平台的IEEE 802.11ac MIMO2×2演示系统，图中右侧PC产生包含两路视频流的数据源信息，通过UDP协议可以将数据源传输到NI-PXI控制器Host中。Host将数据传输到FPGA中生成时域OFDM符号，通过射频卡以无线方式发送并接收数据，接收到的数据送入FPGA做接收端处理，从而恢复出视频数据并传回到Host中，再次通过UDP协议将恢复的视频数据传给图中左侧PC，并对视频数据进行实时显示。

其中，发送端采用BCC信道编码方式，码率固定为1/2。在不同的映射方式下，发送数据帧具有相同的OFDM符号个数，这会使得高阶映射方式下的吞吐率高于低阶映射方式下的吞吐率。

图11、IEEE802.11ac MIMO2×2演示系统

IEEE802.11ac的MIMO2×2原型系统的实际工作速率如表2所示。从表中可以看出，由于硬件实现时存在硬件性能的限制以及各类微小的偏差，系统实际的传输作速率并不能达到理论值，但已经非常接近理论值。同时，当采用高阶的星座映射方式进行传输时，实际物理层传输速率逐渐受限，数据吞吐量不能正常翻倍，这是因为采用高阶映射方式时，控制器Host需要在相同时间内处理更多的数据包，当Host处理能力达到极限时，实际的传输带宽不能充分利用，因此传输的吞吐量不能按照预期进行提升。如果采用256QAM映射方式，在相同时间内进行与低阶映射方式具有相同OFDM发送符号数的传输过程，系统将不能正常工作，这是由于原型系统所需的时钟速率达到控制器Host的工作极限，因而无法支持256QAM进行正常的物理层传输。同时，256QAM正常工作所需的接收信噪比要求也较高，在接收星座图测试中可以看出该映射方式下的星座点性能不甚理想。

表2、原型系统在各映射方式下的传输速率

映射方式	BPSK	QPSK	16QAM	64QAM
理论工作速率	13.0M/s	26.0M/s	52.0M/s	78.0M/s
实际工作速率	11.2M/s	22.4M/s	44.8M/s	46.7M/s

5、结论

该系统方案利用NI的PXI平台及NI的LabVIEW软件平台进行研发，使我们能专注于802.11ac协议的实现，缩短了研发周期。LabVIEW图形化的编程语言以及提供的IP接口也为开发者提供了不少的便利。系统的核心运算都在高速的FPGA模块内完成，能满足原型机设计目标的高速要求。整个系统的测试结果在上一章有详细叙述，能正确显示接收数据在不同调制方式下的星座图，系统工作速率也能达到要求，能高质量的进行视频流的传输。我们的原型机只是阶段性的成果，还有更进一步的空间，如将基带带宽拓展到40MHz、扩展到4×4的MIMO系统以及开展毫米波的研究。

6、参考文献

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