OpenAir Interface 整体框架研究报告.doc

文档编号:项目组:文档类型: 研究报告文档题目:OpenAir Interface研究报告作者:审阅者: 版本号:完成日期:文件名:摘要: 关键字： 文档历史:一、 引言目前，第三代移动通信技术正向4G发起挑战，从基于电路交换所提供语音服务向数据、语音、视频等网络传输服务进行转变，未来的移动通信将会具有更快数据传输速率。3GPP长期演进项目(LTE)是2006年以来3GPP启动最大的新技术研发项目。LTE项目以OFDM/FDMA为核心，改进并且增强3G空中接入环节，其技术可以被看作“准4G”技术。在此环境下，Eurecom在其wireless3g4free平台基础上，演变开发了具有各种制式空中接口的实验平台，即OpenAir Interface，可以部分实现LTE。二、 OpenAir Interface. 介绍在日新月异的数字无线通信领域中，OSI（OpenAir Interface）是一个结合软件与硬件的开源开发平台。开发期间，历经三个阶段：1) 第一阶段，从2003年开始至2007年，Eurecom中移动通信部门在公共基金研究与开发项目的经验基础上，由wireless3g4free平台进化，得到作为PLATON和RHODOS项目组成部分的OSI软件平台。2) 第二阶段，从2005年开始至2008年，在硬件CardBus MIMOI V1基础上，同时进行OSI软硬件的开发和研究，目标是实现LTE。3) 第三阶段，从2007年至今，OSI 选择硬件PCI Express MIMO，如果未来获得成功可以最多支持8天线即4*4MIMO，带宽也可以增长到20MHz，实现LTE。1目前，在硬件CBMIMO1支持下，在1900MHz频率下，带宽为5MHz信道中，OSI平台可以实现2*2MIMO-OFDMA，LTE-lDL波形。22.2. 硬件、软件OSI平台由软件和硬件两部分组成。此外，OSI也由不同的模拟工具以及协作网络工具组成。 硬件OSI平台中存在两种不同的硬件模块，即CardBus MIMO1和Express MIMO。目前，所有的工作都是在CBMIMO1上完成的，接下来分别讨论两种硬件。CBMIMO1板（如图 1），由工作在1.900-1.920GHz的5MHz带宽的TDD射频与传送功率为21dBM每天线的OFDM波形组成。板中存在一款中型FPGA（Xilinx X2CV3000）、PCI总线与A/D、D/A转换器。连接主机后可以实行CardBus PCI 接口。具体参数如表1。图 1 CBMIMO1Express MIMO由两块FPGA组成，Xilinx XC5VLX330是为了实时嵌入信号处理的相关应用而准备，XilinxXC5VLX110T是为了控制。该板可以实现8天线的输入输出，最大带宽可以达到20MHz，具体参数如表2。32.2.2 软件软件文件由4部分组成，分别是从openair0-openair3，每个部分都对应着OSI模型的不同层，有着不同的功能与结构。1) Openair0：无线嵌入式系统设计文件主要描述了硬件设备CardBus MIMO和Express MIMO，以及对应FPGA固件。2) Openair1：基带信号处理文件包括物理层（LTE/802.16）在RTAI/LINUX设备驱动上的编码，以及用户空间对硬件控制的编码。文件还包括在无硬件支持下，利用信道模型和模拟环境去测试代码。不仅如此，文件还可以提供EMOS相应功能(检测多用户下的MIMO性能)。3) Openair2：中间层介入协议文件包括在PC上通过Linux的IP网络设备驱动与MPLS的互联开发第二层协议栈。这点在蜂窝与网状网络拓扑中同样适用。文件中还包括抽象的物理层，为第二层和更高的算法提供模拟平台。4) Openair3：无线网络文件包括为全IP蜂窝与IP/MPLS网状网络而开发的第三层协议栈。OSI平台中，在软件与硬件的支持下，可以完成系统开发与分析方法的创新，如无线系统验证工具、无线通信设备中不同实体的抽象模型、协议验证与相关测试和性能分析等。2.3. 研究领域OSI集成了射频、硬件与软件，在以下6个主要学科领域有所创新：1) 实时无线信号处理。OSI涉及的硬件/软件结构为实时无线信号处理的发展提供保障，也为蜂窝和网状网络拓扑结构包括物理层（如UMTS-LTE与802.16）优化算法提供支持。2) 全IP无线网络。OSI为蜂窝和网状网络拓扑提供第2层协议（MAC调度，无线资源控制，无线链路控制）。3) Agile RF系统设计。OSI包括线性动态范围内无线接收机的设计，联合射频与数字信号处理，共同设计。4) 设计与模拟方法。OSI建立对性能，功能和行为有效模拟分析方法，模拟硬件、物理层子系统以及流量，同时向分布式实时无线仿真网络提供射频仿真体系结构。5) 传播、系统测量与分析。通过实时测量的离线经验，有利于宽带信道表征和建模。6) 认知无线电。随着传感器网络技术的发展创新，OSI将支持同一地区持牌及无牌无线用户的共存，而且还可以处理相关设计，尺寸和认知网络互联等问题。4OSI旨在频谱，算法和协议效率方面取得重大突破，目标是做到领先工业空中接口技术，如3GPP、LTE、802.16等接口标准。2.4. 其他平台如今，许多人认识到研究无线网络时平台的重要性，大部分平台都是针对固定层而言，如物理层、链路层或网络层等等。下面是对其他平台进行简短的介绍：1) GNU Radio and USRPGNU Radio是一种软件开发工具，与便宜的USRP 结合在一起，搭建无线电通信系统，开发无线设备。2) WARP无线开放访问的研究平台。WARP（Wireless open-Access Research Platform）是基于DSP优化的FPGA开发平台，通过MATLAB提供接入。最新版本的WARP针对学术研究的价格为$8.500。3) WINC2R无线信息网络实验室网络中心无线平台。以FPGA为基板利用软件产生OFDM和QPSK/DSSS类调制。其中WINLAB（Wireless Information Network Laboratory）是成立与新泽西州罗格斯大学的产学合作研究中心。4) KU Agile Radio 在频率为5-6GHz处，产生容量为30MHz基带带宽。5) COBRA感知基带无线电。在比利时鲁汶被IMEC创造，与其他纯工商业用途的平台完全不同。它旨在为现有和未来标准提供模块。与传感器功能相结合，该系统可以适应不同标准之间的快速、简单的转换，因此为感知无线电提供必要的灵活性。1与OSI相比较，GNU radio项目不能提供相关设计，只存在建立成型的模块，而其硬件USRP通过USB或以太网相连接，极大地限制了系统吞吐量。而WARP的物理层算法是建立在VHDL或Xilinx系统产生器上，而相比较OSI中的C编码，VHDL更复杂而且占用时间，Xilinx系统产生器并不是开源的等等。每个平台都或多或少的存在相应的问题，此时，OSI的三大优势显得很重要。31) 相同的代码在实时调制前可以进行初步调试和模拟调谐。2) 虽然系统很复杂，但是框架参数可以被简单的修改。3) 研究者可以快速实现自己的想法，不需要通过复杂的硬件HDL语言。当然，OSI也是开源的平台，便于研究者们相互探讨，调整符合自己的需要。参考资料1 Torbjorn Sorby, Demonstration of Spatial Interweave Cognitive Radio, Norwegian University of Science and Technology, Department of Electronics and Telecommunications, September 20102 、3 Florian Kaltenberger, Rizwan Ghaffar, Raymond Knopp, Hicham Anouar and Christian Bonnet, Design and Implementation of a Single-frequency Mesh Network using OpenAirInterface, EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking Volume 2010 (2010), Article ID 719523, 16 pages doi:10.1155/