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mimo
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- ELETTRONICA OGGI 444 - APRILE 2015
v3 genera un flusso di
campionamento da 960
Mbps (con due ADC a
12 bit da 40 Msample/
secondo). La matrice
Argos completa genera
questa quantità mol-
tiplicata per 96 volte
– una quantità di mol-
to superiore rispetto a
quella che può essere
trasmessa a un PC ed
elaborato in tempo rea-
le. Per contro, il sistema
usa gli FPGA per elabo-
rare localmente i dati in
tempo reale riducen-
do significativamente
il carico di lavoro dei
processori upstream.
Questa elabora-
zione in tempo
reale è molto
importante
in
quanto permet-
te di eseguire
misure continuative sui canali e osservare variazioni
che si verificano in tempi inferiori ai millisecondi delle
caratteristiche del canale.
L’architettura del design di riferimento è riportata in
figura 3. Per implementare in software il protocollo
MAC di livello inferiore e superiore sono stati utilizzati
due core MicroBlaze di Xilinx.
Il MAC specifica le velocità di modulazione e di co-
difica per pacchetto; tutte le otto velocità specificate
negli standard 802.11a/g sono supportate. Il progetto
del ricevitore realizza l’intera sequenza dalla forma
d’onda ai byte, inclusi il controllo AGC, la sincroniz-
zazione, la FFT, la stima sui canali, l’equalizzazione, la
rilevazione e la decodifica del codice. Un aspetto del
progetto del ricevitore che è centrale per la caratterizzazione
di canali MIMO massivi è il sottosistema di stima del cana-
le. In un ricevitore OFDM standard, lo stimatore del canale
produce un coefficiente complesso di canale per ciascuna
sottoportante. L’equalizzatore usa questi coefficienti stimati
per correggere l’ampiezza del canale e il deterioramento di
fase per ciascun simbolo di dati ricevuto. Il progetto salva
inoltre una copia delle stime sui canali per ciascun pacchetto
ricevuto in un’area della memoria on-chip. Il MAC tratta que-
ste stime di canale come ulteriori metadati sulla trama rice-
vuta, assieme alle informazioni standard come la potenza in
ricezione, le selezioni del guadagno dell’unità AGC, lo stato
della della somma di controllo e la selezione dell’antenna. Le
stime sui canali sono quindi copiate sull’unità MAC di livello
superiore per ulteriori elaborazioni. La piattaforma raccoglie
queste stime da ciascun pacchetto ricevuto da ciascun nodo
nella matrice Argosper assemblare la sua vista in tempo re-
ale dell’ambiente di propagazione dei segnali MIMO massivi.
L’ambiente sperimentale Warpnet
L’ultimo componente del sistema di caratterizzazione è
WARPnet, un package Python personalizzato che usa una
connessione di controllo dedicata verso più nodi WARP.
L’infrastruttura consente di far girare uno script in linguag-
gio Python su un PC per configurare da remoto i parametri
dell’esperimento e per ottenere dati sperimentali, il tutto in
tempo reale. WARPnet interagisce con il progetto di riferi-
mento Mango 802.11 attraverso la connessione Ethernet
secondaria su ciascuna scheda WARP v3. Il dispositivo Mi-
croBlaze superiore elabora i comandi WARPnet, fornendo
accesso diretto allo stato MAC ad alto livello del nodo e tutti
i dati sono trasferiti dal MAC di basso livello e dal PHY. L’in-
frastruttura WARPnet mantiene una connessione verso ogni
nodo nella matrice Argos. Ciascun nodo è configurato come
un monitor 802.11, il quale cattura le stime sul canale da ogni
pacchetto ricevuto e trasferisce questi pacchetti su interfac-
cia Ethernet per poter effettuare un’ulteriore analisi.
Il coniugate beamforming
Il beamforming coniugato costituisce un’alternativa alla tec-
nica MU-MIMO. In questo approccio, la stazione base cer-
ca di massimizzare la potenza del segnale buono inviato a
Fig. 2 – Lamatrice Argos v2 dell’Università
di Rice combina 24 nodi WARP v3 quad-
radio con le funzioni di sincronizzazione e
la connettività Ethernet
Fig. 3 – L’architettura del progetto di riferimento Mango 802.11 include due
CPU MicroBlaze per l’unità MAC e unità dedicate di tipo System Generator per il
trasmettitore e il ricevitore allo strato fisico.