理论教育 MIMO硬件信道仿真器的优化及其应用

MIMO硬件信道仿真器的优化及其应用

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:两个COST273的参与者ARC Seibersdorf Research GmbH和Elektrobit Ltd已经在商业上发展了MIMO信道可用的硬件信道仿真程序。有着MLk间相关性的实际MIMO信道,可以用使用由Propsound信道探测器测量的信道数据的Propsim C8来进行模仿。ARC Seibersdorf Research GmbH上发展的MIMO硬件测试床包括一个完全可升级的信道仿真程序和用于TX和RX发展的额外的信号处理单元。MIMO信道的仿真首先在一系列DSP板间划分,每个板仿真一对TX和RX天线间的无线信道。仿真程序概念可以升级到64个信道,建议,例如一个8×8MIMO系统。

MIMO硬件信道仿真器的优化及其应用

Beyond 3G系统使用宽带和多天线技术。这些系统的仿真计算上是很复杂的且需要相当多的计算时间。HardWare(HW)无线信道仿真程序提供了需要的处理速度。HW仿真程序的其他好处在于实时和对于任何测试下设备的可重复性能估计。两个COST273的参与者ARC Seibersdorf Research GmbH和Elektrobit Ltd已经在商业上发展了MIMO信道可用的硬件信道仿真程序。ARC Seibersdorf Research GmbH记述了一个MIMO信道仿真程序的ARC SmartSim MIMO发展平台,其包含用于TX和RX发展的额外的数字信号处理硬件。Elektrobit Ltd介绍了Propsim无线信道仿真程序(见参考文献[KoJH03],[SJKN05])、Propsound无线信道探测器和EB4G算法发展平台。

Elektrobit证明了一个新的缩短的时间到市场的解决方案。这种系统使用ElektrobitPropsim C8无线信道仿真程序、Propsound信道探测器和EB4G算法发展平台(见参考文献[KoJH03])。它可用于数字基带、模拟基带或者RF接口来使得在早期基带原型的测试持续时间内,不需要执行RF前端的测试算法成为可能。在实时中可以使用软件定义无线电(Software Defined Radio,SDR)平台来运行算法。可以自由指定空间接口类型来研究完全的MIMO配置。有着MLk间相关性的实际MIMO信道,可以用使用由Propsound信道探测器测量的信道数据的Propsim C8来进行模仿。这种解决方案提供了运行实际可控制的MIMO测试的唯一能力,这种测试有着实际信道相关性的挑战。

Elektrobit Propsim C8是一种可升级的多信道仿真程序,提供从2G到MIMO TGn模型以及其他之外的所有已知标准的和研究的信道模型的信道仿真,MIMO TGn模型有着ETSI/宽带无线接入网络(ETSI/BRAN)延迟轮廓。这些模型可以通过一个用户自由地定义并在现有的HW配置内运行。从文件运行仿真设备的Propsim C8能力提供了正如参考文献[KoNu04],[KKNJ04]解释了信道测量数据回放的可能性,且图6.11给出了例证。

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图6.11 回放仿真查证的原理

Propsim C8信道模型也可以按照调试系统所处的测试遭遇问题下的特定信道状态的测试来进行检查。在一个仿真程序单元内Propsim C8支持4×4配置,且伴随着多单元的同步可以测试更多复杂的场景(如8×8)。

ARC Seibersdorf Research GmbH上发展的MIMO硬件测试床包括一个完全可升级的信道仿真程序和用于TX和RX发展的额外的信号处理单元(见参考文献[KSKL05])。信道仿真程序提供了使用基于COST 259建议的GSCM的可能性,该建议引入了BS周围的IO以及双散射(见图6.12)(见参考文献[HoSt04]),且将使用最新COST 273信道模型建议来提高。此外,用户有从任何给定信道模型或者信道探测器测量装载脉冲响应函数的可能性。发展平台也反映了用于数字基带、模拟基带、中频(IF)和射频(RF)的接口并支持多无线系统和多频率带宽(如UMTS、WLAN、WIMAX)。这就允许了通过从系统的数字基带实现并逐渐加入模拟和RF接口的MIMO系统的无缝快速原型化。对于实际测试,实时信道仿真程序可以用天线来取代以确认算法是否在实际条件下也能很好地运行。(www.daowen.com)

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图6.12 GSCM原理

所有通过GSCM信道仿真器进行的计算都在硬件平台上实时执行,且产生了一个用于实际RX估计的无限数量的变化脉冲响应函数。仿真程序完全可以再制造,且通过保存每秒的信道模型状态的快照,甚至可能在任何保存的快照时刻重新启动。这就允许了RX算法的目标调试和在数字仿真领域下准确再制造信道的性能估计。

MIMO信道的仿真首先在一系列DSP板间划分,每个板仿真一对TX和RX天线间的无线信道。每个DSP板包括一个数字信号处理(Digital Signal Processor,DSP)和现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA),其中DSP计算信道的脉冲响应且FPGA将输入信号和脉冲响应进行卷积。一个在FPGA内有着所谓的“历史RAM”的卷积的著名概念被引入用于有着长功率延迟轮廓的脉冲响应(见参考文献[KSKL05])。仿真程序概念可以升级到64个信道,建议,例如一个8×8MIMO系统。

本文也包括信号处理硬件用于TX和RX,其允许MIMO算法的快速原型化。为了证明和估计的目的,实现了一个智能天线接收机,而结果报道在参考文献[KSKL05]内。

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