- 基于NI USRP的2X2 MIMO系统

图3. 最上方的大图表明2x2系统中的4QAM成功重构，图中显示的是两根接收天线的I/Q元件接收的时域信号样本（总共4个信号）。左下方的两个星座图显示的是两个Rx NI USRP收发器接收到的信号。右下星座图显示的是重构后的星座图。
使用LabVIEW搭建2x2 MIMO系统

图4显示的是此范例的实现框图（LabVIEW图形化程序）。以下部分描述的是该系统的一些主要应用领域。

图4. 2x2QAMAlamouti.vi LabVIEW框图由三部分组成。左上部分的代码用于合成传输信号。中间靠下部分的代码用于启动NI USRP硬件的Tx/Rx操作。右上部分的代码用于处理接收的信号并显示接收的波形。

传输信号准备

传输信号准备的第一步是从LabVIEW调制工具包中调用子VI（子路径）。调用MT Generate Bits将会生成用作信息位的PN序列。这些信息位通过调用MT Map Bits to Symbols映射为符号。

然后根据Alamouti编码方案对上一步生成的符号（图 5）进行编码。结果产生一个包含两个数据流的二维符号阵列，每个数据流对应一个发射机。

图5. subApplyAlamoutiCode.vi的框图，该子VI简单明了，采用了Alamouti编码，通过几次阵列处理生成所需的二维符号阵列。

符号编码后，该应用将训练符号序列置于每个数据流之前。接收机通过训练序列实现同步和通道估计。

训练序列加法运算将同一的序列置于每个数据流之前，并对数据进行排列，使得序列先由其中一个Tx NI USRP收发器传输，然后再由另一个收发器传输——例如，两个Tx NI USRP收发器中的其中一个收发器传输序列时，另一个收发器为静止状态。而另一个收发器传输相同的序列时，前一个收发器就处于静止状态。

发射/接收信号之前信号合成的最后一步是以Tx过采样控件中指定的速率对即将传输的符号空间样本进行上采样，然后通过脉冲整形滤波器对上采样信号进行滤波。
信号恢复

在接收端，USRP Fetch Rx Data VI恢复为接收信号的二维阵列，每一行代表从每根天线接收的信号样本的数据流。

在信号恢复的第一步，用户需要从接收端的数据帧中提取接收的数据包。采用能量检测算法来确定数据包的起始点，并丢弃数据帧中剩下的非数据包部分。

然后，使用匹配滤波器对每个数据流进行滤波，并对接收的二维阵列的两行数据之间的能量进行比较，确定较强的信号。最后，对信号较强的那一行进行符号同步，并在两行数据上加上所计算的偏移量。

图6. 图中显示的是接收到的四个波形—来自两根Rx天线的I和Q波形。 接收的数据包的起始部分可进行放大，方便用户观察从每个Tx天线接收的训练序列。

帧同步较为复杂，且取决于发送端的两个训练序列结构。在此情况下，两个发射机使用的是相同的训练序列，但序列之间存在偏移，因此当序列重叠时，看起来就像是一串两倍长的连续训练序列。该应用通过搜索接收信号中两个包含T个符号的连续符号集（每个训练序列的长度为T）之间关联性最高的部分来实现帧同步。在接收到的二维阵列的两行数据上加上所计算的帧补偿量。

针对信道估计，有四个不同的信道可供选择。二维阵列的每一行包含两个训练序列（每个序列对应一个发射机）。因此，通过对每行的每个训练序列进行信号估计，就可估计四个信道的参数。

这些参数估计对于下一步非常重要，因为在下一步中用户将会对Alamouti编码方案进行解码，执行MRC，从而将二维符号阵列转化为正确的一维符号阵列。用户可分开执行最后两步，或者在此应用中使用单矩阵乘法。单矩阵乘法方法比大型MIMO系统更容易普及。关于如何执行最后的解码步骤，请查看在线参考资源。
结果