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WiFi 802.11x (SoraSDK) 介绍

    SORA软件无线电平台是世界上第一款100%基于Windows的高性能可编程无线通信系统。它充分发挥了通用x86处理器(GPP)性能和灵活性,采用软硬件联合优化技术,满足高速信号处理的挑战。可以在通用的PC或者服务器上实时运行无线通信协议,速率可达54Mbps以上。

     在传统的无线通讯系统,关键底层处理,如PHY层和介MAC层,通常ASIC芯片或者FPGA实现,因为有非常高的计算要求。这种设计更改或升级比较困难,对设计人员硬件水平要求很高,不适合作为科学研究或者算法工程师的研究平台。但是通用处理器(GPP)的软件和硬件系统都不是为了无线通信的信号处理而设计的,因此很难达到高性能的实时通信。例如,非常流行的USRP系列,只能实现8MHz带宽上,100多Kbps的实时通信。


     高性能的无线通信对系统有非常严格的需求,主要是以下三个方面:


1. 高速的系统吞吐量
   包括远端射频头和PHY层协议之间以及PHY层协议内部的模块之间。例如,实现802.11系列协议,单天线需要大约1.2Gbps的吞吐量,如果支持4x4 MIMO应用,那么至少5Gbps以上,这个指标目前对大部分PC都是严峻的挑战。

2. 高强度的计算
   无线通信的算法需要大量的计算,而且为了保证实时性,很多计算又是突发性的,因此必须充分发挥GPP的性能才能保证。目前主流的GPP都采用多核架构,所以如何将多核的计算能力汇聚起来,实现通信协议对软件开发也是一个挑战。

3. 实时的响应
   无线通信协议中有很多响应门限,为了保证正常通信,这些响应门限必须满足。因此,低延迟的控制方法也很重要。例如,802.11系列的MAC层协议要在几个微秒内就可以得到响应。这对于PC和操作系统都是很难实现的。

Sora的解决之道:
SORA通过以下四种途径解决了GPP开发无线通信算法问题,分别是:


1. 采用高速的PCI Express总线接口标准。 PCIe总线不仅吞吐量大,而且响应时间也优于USB、GbE等接口,非常适合软件无线电的应用场合。

2.  充分优化的PHY 层协议实现方法

3.  多核CPU之间的数量流水式操作。在不同内核之间通过FIFO同步,充分发挥各个内核的作用。

4.  内核限定技术。通过设置,可以实现某个内核停止相应外部中断,专心计算,这样可以提高系统技术能力。

Sora的软件架构

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主要技术:
1. 采用查找表技术充分利用CPU的L2 Cache, 大部分的PHY层算法可以通过查找表来加速1.5~22倍。
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2. SIMD指令集优化。充分利用CPU并行加速指令,特别适合FFT和IFFT这一类运算。

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3. 利用多核流水线技术
    通过同步FIFO,将PHY层实现的子流水线模块分配到不同的内核执行,充分利用多核
    CPU的计算能力。

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4. 独占内核技术
为了确保CPU可以实时响应,Sora采用了独占线程技术,可以让某个或者某几个内核专用于SDR的任务,不被其他系统调用影响。 实现这种技术不需要修改操作系统的内核。


 
Sora的性能测试

以WiFi 802.11a/b/g的实现为案例,测试SoraSDK的性能。

算法优化前后对比

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端到端的性能对比

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SoraSDK开发包

SoraSDK开发包,提供了开源实现的802.11a/b/g的PHY和MAC实现。自从2010年发布以来,多次更新,目前的版本为SDK2.0。 SDK不仅提供了PHY和MAC的实现代码,还提供了调试用的一些工具,如示波器等。

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Sora的客户群
从2010年5月正式发布至今,已有超过20个国家的200个实验室正在使用SoraSDK进行开发。

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SoraSDK支持的硬件平台

IQX4000系列                                                                                                                                              IQX6000系列

IQX4000.jpg                                               IQX6000M接口.jpg

 

 

 

 

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