USRP具有MIMO系统如何同步

MIMO系统要求

时间和频率同步，并且每个通道必须满足下面两个要求：
1）时钟必须同步对齐
2）对DSP操作时间也要对齐，来自同一的时钟边缘

波束成形和测向要求

除了采样时间和采样时钟对准外，系统还必须在每个RF输入或输出之间保持已知的相位关系。由于用于上和下转换的锁相环导致相位模糊，可能需要进行一些校准来确定这种相位关系。

通过使用匹配长度的射频电缆将音调分布到每个USRP设备的输入端，可以对多通道系统进行校准。下图展示了使用这种方法的系统。运行在主机PC上的用户开发的软件用于测量每个通道的相位和振幅差并进行校正。

影响相位对齐的其他因素

除了本振导致导致相位误差以外，还有滤波器、混频器、放大器和其他组件产生的相位偏移随时间、温度、机械条件等而变化。这些类型的错误通常可以用间歇的、低速率的例程校准，用校准音检测通道到通道的相位。这些误差不会随着锁相环的每次调整而改变，但可能会随着时间和温度的变化而改变。因此，需要射频相位校准的应用程序可能需要定期校准。

USRP B100和E100 -不推荐用于MIMO

与USRP N200/N210一样，USRP B100和E100/110可以与外部参考和PPS源同步。然而，这并不意味着USRP B100和E100/E110具有MIMO能力。在这些器件中使用的灵活的频率时钟架构在ADC/DAC样本时钟中产生相位模糊。因此，信号边沿不会对齐。

尽管信号边缘没有对齐，但仍有可能产生具有相对准确时间戳的信号。这对于到达时间差或类似算法很有用。

有个例外，当使用在单个插槽中包含多个通道的子板时。例如，LFRX/TX, BasicRX/TX和TVRX2都可以用于实现USRP B100或E100/110的MIMO能力。

与GPSDO同步

利用GPSDO可以在更大的地理区域内提供时间同步。GPSDO从GPS系统中获得10mHz /PPS信号。GPSDO在全球范围内的精度约为+/-50 ns。Ettus Research提供了一个可选的GPSDO模块与USRP N200/N210。还有一个升级版的OctoClock，其中包括一个内部GPSDO。

USRP设备的MIMO能力

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USRP N200/N210 -即插即用2x2 MIMO系统

实现高性能2x2 MIMO系统最简单的方法是利用两个N200/ n210与一根Ettus Research MIMO电缆同步。在此配置中，单个千兆以太网(GigE)接口可用于与两个USRP设备通信。连接到GigE的USRP充当交换机，并将数据路由到两个USRP设备。它还将处理数据的时间同步，因此样本对齐过程对用户是透明的。在16位模式下，连接到主机单个GigE端口的USRP设备的总采样速率不能超过25ms/s；在8位模式下，总采样速率不能超过50ms/s。

同步10mhz和1 PPS信号

虽然USRP N200和N210通过Ettus Research MIMO电缆提供即插即用的MIMO功能，但也可以使用外部10 MHz和1 PPS分布同步多个设备。如果开发人员想使用高精度的外部参考(如铷源)，这是非常有用的。如果开发人员必须构建具有两个以上通道的MIMO系统，它也很有帮助。

如果将常见的PPS和10 MHz信号分配到USRP n系列设备上，理论上可以构建任意大的MIMO系统。在实践中，开发人员已经构建了带有多达16个同步USRP设备的系统。

Ettus Research的OctoClock和OctoClock- G可以轻松地分配10 MHz和1 PPS信号，用于多通道操作。OctoClock用作8路PPS和10 MHz参考。用户必须提供单个10mhz和1个PPS信号。升级后的OctoClock-G包括一个高精度，内部gps控制振荡器，不需要外部信号供应。图9演示了使用OctoClock-G来创建8x8 MIMO系统。

所有来自OctoClock的计时信号都应使用相同类型和连接方式的匹配长度的电缆连接到USRP设备。这确保了所有通道之间有较低的倾斜。

同步信号-输入电平

为了达到最佳性能并防止USRP设备损坏，设计者必须确保输入电平低于指定的限制。1 PPS和10 MHz输入的输入电压水平和功率水平的指导如下表所示。

参考文献

https://kb.ettus.com/Synchronization_and_MIMO_Capability_with_USRP_Devices