基于国产USRP软件无线电搭建大规模MIMO阵列【原创真实案例】

 一、方案背景

大规模多输入多输出(MIMO)技术是5G网络通信中的一项关键技术，它利用大规模的天线阵列实现高效的信号传输和接收。通过增加天线数量，大规模MIMO技术能够在不增加频谱资源和发射功率的情况下，显著提高系统的信道容量和频谱效率。对于实现5G愿景和满足频谱效率的关键性能要求，对大规模MIMO和其他技术进行原型验证的需求至关重要。 由于基于计算机的仿真无法单独应对许多复杂的未决问题，因此必须创建能在真实信道条件下实时运行并发送/接收真实RF信号的原型系统。由电脑端的仿真软件和软件无线电平台共同组建的半实物半实验系统就能够解决上述问题，实现从理论仿真到实际应用的过渡，从而加速新一代通信系统的开发。

二、方案组成

（1）可编程射频前端：国产USRP-LW N321

采用USRP-LW N321作为该方案的射频前端，覆盖3MHz到6GHz的频率范围。每通道可提供高达200MHz的瞬时带宽。可编程射频前端通过SFP+ 10G ETH与服务器/交换机连接。

（2）服务器：浪潮 NF5468M6服务器

服务器采用浪潮 NF5468M6服务器，内置100G加速卡，实现数据的快速传输。拥有高性能的处理器以处理来自射频前端的基带信号，为用户验证理论、开发复杂系统原型提供了保障。

（3）时钟源：OctoClock-LW-G时钟源

采用OctoClock-LW-G时钟源，为可编程射频前端提供10MHz、1 PPS参考，实现多台USRP-LW N321间的时钟和触发信号的同步。

（4）交换机：华为S6730S-H24X6C-A交换机

在16*16MIMO和32*32MIMO方案中，由于可编程射频前端由8/16台USRP组成，因此使用交换机来连接服务器与射频前端，实现数据传输。交换机采用华为S6730S-H24X6C-A，通过万兆网口连接多台USRP-LW N321，通过100G以太网连接服务器。

三、系统框图

通过搭配不同数量的可编程射频前端，该系统可提供8*8 MIMO、16*16 MIMO、32*32MIMO解决方案。系统框架图如下图所示：

8*8MIMO：

16*16MIMO：

32*32MIMO：

四、硬件连接

（1）CLK和PPS触发的连接

LW OctoClock时钟源为系统提供8路10MHz时钟信号和8路1PPS同步信号。连接时钟源的10MHz输出口到USRP-LW N321的REF IN端口；连接时钟源的PPS OUT口到USRP-LW N321的PPS IN端口。

（2）本振分配的连接

本系统中可编程射频前端USRP需要共本振以实现相互间同步。连接TX LO OUT、TX LO IN、RX LO OUT、RX LO IN，从而产生Tx频率同步和Rx频率同步。使用分层LO信号分配，在同层级之间应使用等长的连接线缆。

通过将USRP1的RX LO OUT连接USRP2的RX LO IN 0端口和TX LO IN 0端口，8*8MIMO系统可将Tx和Rx同步到同一LO，从而产生Tx和Rx的相同中心频率。USRP2的RX LO OUT为其他两台USRP分配外部本振。

（3）数据的连接