LabVIEW 通信应用程序框架概述

概述

人和机器对可靠、无处不在且价格实惠的无线数据连接的不断需求给无线行业带来了巨大的压力。业界一致认为，下一代无线网络 (5G) 需要在 2020 年之前将容量提高一千倍，而成本不会相应增加。为了应对这一技术挑战，无线研究人员需要跳出框框并超越桌面模拟环境进行思考。他们需要进行无线系统的实时原型设计，以充分探索所需的创新。

然而，实时无线原型设计是一项昂贵且耗时的任务。需要考虑许多因素，包括所需的不同技能和缺乏通用硬件平台。但最重要的挑战是 LTE 和 802.11 等现有流行无线标准以及大规模多输入多输出 (MIMO) 等新技术缺乏可行的起点。

LTE、802.11 和 MIMO 应用框架提供可立即运行、开放且可修改的实时物理层 (PHY) 和媒体访问控制 (MAC) 层参考设计。它们由使用 LabVIEW 通信系统设计套件 (LabVIEW Communications) 实现的模块化基带 PHY 和 MAC 模块组成。该框架设计为在 FPGA 和通用处理器上运行，这些处理器与 NI 软件定义无线电 (SDR) 硬件的射频和模拟前端紧密集成。

内容

• LabVIEW 通信 LTE 应用框架
• LabVIEW 通信 802.11 应用程序框架
• LabVIEW 通信 MIMO 应用程序框架
• 其他资源

这些应用程序框架为研究人员寻找改进和构建原型系统的方法提供了重要的起点。一些示例研究包括探索可以支持终端数量大幅增加的全新算法和架构，发明用于调制和解调信号的新波形，或者寻找充分利用天线自由度的新多天线架构。无线介质。

这些框架是从头开始设计的，易于修改。这使得无线研究人员能够快速启动并运行基于 LTE 和 802.11 标准以及 MIMO 技术的实时原型。然后，他们可以主要关注他们希望改进的协议的选定方面，轻松修改设计，并将其创新与现有标准进行比较。

PHY 和 MAC 模块记录在产品中，并使用 LabVIEW Communications 以图形框图形式呈现。它们具有明确定义的接口、记录的系统性能基准和计算资源使用情况。此外，LabVIEW Communications 还附带一个视频流应用程序，该应用程序显示使用这些符合标准的无线链路通过空中传输实时数据。

无线链路的相关参数可通过 LabVIEW Communications 生成的软件前面板轻松调整。此外，还显示相关链路指标，包括接收功率谱、接收星座图、吞吐量和误块率，以便于评估链路质量。它们使研究人员能够了解各种参数对通信性能的影响。

这些应用程序框架与 LabVIEW Communications 提供的易于开发性以及与 NI SDR 硬件的无缝集成相结合，使无线研究人员能够更快地进行创新，并缩短其下一次突破性创新的上市时间。

LabVIEW 通信 LTE 应用框架

最新版本的LabVIEW Communications LTE 应用框架包括：

• 符合 3GPP-LTE 第 10 版的物理层子集
  • 单输入输出配置
  • 具有信道状态和 ACK/NACK 反馈的闭环无线操作
  • 20兆赫带宽
  • 物理下行共享信道 (PDSCH) 和控制信道 (PDCCH)
  • 高达 75 Mbps 的数据吞吐量
  • 普通循环前缀模式
  • FDD和TDD配置5帧结构
  • QPSK、16-QAM 和 64-QAM 调制
  • 可变物理资源块 (PRB) 分配
  • 符合 LTE 的数据信道编码
  • 小区特定和UE特定参考信号
  • 主同步信号
  • 探测参考信号（SRS）
• 接收器算法
  • 自动增益控制
  • 基于 PSS 的同步，包括时间和频率跟踪
  • 信道估计和迫零信道均衡
• 基本 MAC 支持基于分组的数据传输和 MAC 适配框架以实现速率适配
• 硬件支持 USRP RIO、独立 USRP-RIO、NI Linux Real-Time、适用于 FlexRIO 的 PXIe-7975/7976 PXI FPGA 模块和适用于 FlexRIO 的 NI-5791 RF 适配器模块
• L1/L2 API 与上层 MAC 接口

LabVIEW 通信 802.11 应用程序框架

最新版本的LabVIEW Communications 802.11 应用程序框架包括：

• 802.11a/g/ac PHY 层的子集
  • 单输出传输
  • 20 MHz 传统带宽 (802.11a)
  • 20MHz/40MHz VHT 模式高达 MCS 9 (802.11ac)
  • 80 MHz VHT 模式高达 MCS 4 (802.11ac)
  • BPSK、QPSK、16-QAM、64-QAM 和 256-QAM 调制支持
  • 卷积编码和维特比解码
• 接收器算法
  • 训练基于现场的数据包检测
  • 时间和频率同步、信道估计和迫零信道均衡
  • 基于信号场的解调和解码
  • 相位补偿
• 较低MAC层
  • MAC和PHY接口：符合802.11标准的PHY-SAP
  • MPDU生成和识别
  • 多节点寻址、CRC 和帧类型检查、SIFS 时序兼容 (16μs) ACK 生成
  • 来自 PHY 的畅通信道评估 (CCA) 信息，由 MAC 处理
  • CSMA/CA 程序
  • 重传
  • RTS、CTS 和 NAV 支持
• L1/L2 API 与上层 MAC 接口
• 硬件支持 USRP RIO、独立 USRP-RIO、NI Linux Real-Time、适用于 FlexRIO 的 PXIe-7975/7976 PXI FPGA 模块和适用于 FlexRIO 的 NI-5791 RF 适配器模块

LabVIEW 通信 MIMO 应用程序框架

最新版本的LabVIEW Communications MIMO 应用程序框架包括：

• SU-MIMO、MU-MIMO 和大规模 MIMO 支持
• 50 MHz - 6GHz 频率覆盖范围
• 20 MHz 带宽 TDD 上行和下行
• 基站天线数量可从 2 个扩展至 128 个
• 移动站天线数量可扩展至 12 个
• 支持多达 12 个空间流
• 基于LTE的完全可重构帧结构
• 128x12 MMSE、ZF、MRC MIMO 预编码器/均衡器 FPGA IP
• 4-QAM、16-QAM、64-QAM 和 256-QAM 调制支持
• 通道互易校准支持基于互易的预编码
• AGC 和开环功率控制
• 无线同步
• 基本 MAC 功能支持 DL 和 UL 中基于分组的用户数据传输，以实现视频传输等数据流应用

其他资源

下载最新版本的LTE应用框架手册
下载最新版本的802.11应用框架手册
下载最新版本的MIMO 应用框架手册
https://www.ni.com/en/shop/software-portfolio/overview-of-the-labview-communications-application-frameworks.html

https://www.ni.com/docs/en-US/bundle/377713d/resource/377713d.pdf

https://www.ni.com/docs/en-US/bundle/377555e/resource/377555e.pdf

https://www.ni.com/docs/en-US/bundle/377799c/resource/377799c.pdf
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