硬體介紹

(1)智慧型MIMO實驗平台

智慧型通訊及MIMO通訊的教學必須有實際的實驗經驗才能培育實務人才,此為與產業接軌不可或缺的步驟,因此此硬體平台扮演實務人才的最後一哩路,此為任何模擬軟體所無法取代的。由於射頻儀器均相關昂貴,各校難以將相關儀器使用於教學,因此必須以夥伴學校的策略聯盟方式,才能以最低的成本發揮最高的效益,而且智慧型天線系統(此為通訊系統的一種稱呼,而非僅是「天線」的智慧系統)及MIMO通訊系統過去均無法實際在課堂上實驗,此為實務人才培育的一大缺口。此系統平台讓學生真正以系統實驗的方式進行驗證其通訊元件的特性及有效性,此為過去所無法做到的(過去學生僅能經由指導教授的研究中,依所屬實驗室的設施完整性而異,來進行局部的實驗,但國內大部分的研究實驗室均不甚完整,此為難處)。

MIMO設備介紹

本實驗室所使用的設備是由National Instruments所生產的USRP儀器所組的實驗平台,NI USRP RIO軟體定義無線電平台提供了整合式軟硬體解決方案,有助於快速製作高效能的無線通訊系統原型。
USRP RIO 搭載了 LabVIEW 可重設 I/O (RIO) 架構,此架構也是 NI 圖形化系統設計 (GSD) 方案不可或缺的一部分。其中結合了開放式的 LabVIEW 圖形化程式設計環境與高效能硬體,有助於大幅簡化開發作業,進一步提高設計品質,以便納入客制化設計。全新的 USRP RIO 透過 LabVIEW RIO 架構,有效結合了彈性與效能,非常適合 5G 無線通訊研究、甚至是大規模 MIMO 解決方案等應用領域。

  • USRP-2943usrp-2943
    • 1.2 GHz ~ 6 GHz 的可調整中央頻率、每通道 40 MHz 或 120 MHz 的 Real-Time 頻寬
    • 2×2 MIMO 可擴充至高通道數 MIMO 系統
    • DSP-focused 爲主的 Xilinx Kintex-7 FPGA (K7410T) 可透過 LabVIEW FPGA Module 加以設定
    • 透過 NI LabVIEW FPGA Module 達到最佳 RF 效能
    • 可用 LabVIEW 與 LabVIEW Communications System Design Suite 執行程式設計

 

  • USRP-2943usrp-2943
    • 藉由 Real-Time 雙向通訊支援多使用者 MIMO
    • 基地站天線數量可從 4 個擴充至 128 個
    • 支援最多 12 個單一天線使用者
    • 以 LTE 爲架構、20 MHz 頻寬的 TDD 上行與下行傳輸
    • 支援最高 128×12 MMSE、ZF 與 MRC MIMO 解碼作業
    • 支援通道互惠補償

LabVIEW Communications MIMO Application Framework 是一款 FPGA 架構的軟體參考設計,能夠支援 LTE 標準下完整串流、空中同步的 Real-Time 20 MHz TDD 上行與下行實體層。 經過預先整合並可立即在 NI 軟體定義無線電 (SDR) 硬體上使用,此框架能夠支援 4 至 128 個天線。 天線通道數可透過軟體重新設定。

 

  • PXIe-7976Rusrp-2943
    FlexRIO 硬體具備靈活的客制化 I/O,適用於 LabVIEW FPGA Module。此硬體包含 2 個部分: NI FlexRIO FPGA 模組具備 PXI 與 PXI Express 規格;而 FlexRIO 前端模組則具備高效能的類比與數位 I/O。這兩個部分組合起來就會變成可重設儀器,透過 LabVIEW FPGA Module 軟體即可設計程式。

 

  • CDA-2990cda
    CDA-2990 是一款 8 通道時脈分配配件,適用於軟體定義無線電系統的同步化作業。這套配件可接受外接 10 MHz 與每秒脈波數 (PPS) 輸入訊號,進而將這些訊號放大並分配至 8 個輸出埠。NI 提供兩種 CDA-2990 設定:一種是較經濟實惠的選項,可以用於分配外接訊號,另一種是 GPS 授時的震盪器 (GPSDO) 啟動選項,能夠整合 GPS 授時的恆溫槽控制石英振盪器 (OCXO),進而從內部產生 10 MHz 與 PPS 訊號。GPSDO 選項可在缺少 GPS 訊號時透過 OCXO 提供參考訊號源,還能在天空為可直線判讀的情況下,透過外接天線鎖定 GPS,藉此進一步提高頻率準確度與時序同步化功能。

 

  • PXIe-6674Tusrp-2943
    NI PXIe-6674T 具備 PXI Express 系統的高階時序與同步化功能。可針對 PXI Express 機箱的介面卡之間,產生時脈與觸發並將之銜接。此外,亦可將訊號連至其他 PXI 與 PXI Express 機箱,還有其他製造商的儀控設備。NI PXIe-6674T 可支援進階的低電壓差動訊號傳輸 (LVDS) 觸發匯流排 – PXIe-DStarA、B,與 C;於 PXI Express 則可完整支援 PXI 觸發匯流排 – PXI_TRIG。此模組並可產生 2 種時脈訊號:內建 OCXO 精確參考為架構的高穩定度 10 MHz 時脈;另為直接數位合成 (DDS) 時脈產生電路的最高 1 GHz 時脈。

 

(2)天線量測系統

天線量測系統的目的是為了讓學生能夠驗證天線的特性,主要的目的是為了讓整個教學實驗室有完整的教學系統,從天線模擬、天線設計,通訊系統模擬、設計,到最後的天線系統特性驗證都有完整的教學與應用。
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量測頻率:18GHz – 40GHz
量測天線大小:小於60cm x 60cm
量測天線重量:小於10Kg

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