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BS 运行流水线

BS 运行时包含三组并行流水线:下行发射、多通道单站感知和上行接收。各阶段通过 FIFO 缓冲队列传递数据,使通信编解码、波形处理和多路无线收发能够同时推进。

BS 双向通信与多通道感知软件架构

  1. BS 从 UDP 接收通信 payload,并完成帧填充和信道编码。
  2. OFDM 调制器将同步符号、pilot 和数据符号映射到时频资源网格,再通过 IFFT 和循环前缀生成时域波形。
  3. 时域波形进入发送缓冲队列,由 USRP 按连续帧定时发射。
  4. 调制器同时保留对应的频域发送资源网格,作为后续单站感知的已知参考。

通信 payload 暂时不足时,系统可使用填充符号维持连续帧定时。启用 TDD 上行后,调制器会在指定上行窗口和保护符号处停止下行数据占用;FDD 下行则在自己的载频上保持完整帧发送。

  1. 每个已启用的感知接收通道分别采集回波,并维护独立的接收与处理流水线。
  2. 各通道将接收帧与同一帧的发送资源网格配对,完成去循环前缀、FFT 和通信符号消除。
  3. 每路处理得到自己的时频信道或时延-多普勒数据,并携带共同的帧起始符号索引。
  4. 聚合器等待同一时刻的所有通道结果到齐,再按逻辑通道顺序发布一个多通道数据包。

各感知通道可独立配置设备、USRP 通道、增益、天线端口和采样对齐量。默认后端处理适合直接观察实时结果;密集或紧凑数据输出、可配置抽取步长和 Python 旁路则可在带宽、刷新负载与算法灵活性之间取舍。

  1. BS 的上行接收通道按照双工模式采集 UE 波形:TDD 只处理帧内上行窗口,FDD 则在独立载频上接收完整帧。
  2. 上行解调完成同步、FFT、信道估计、pilot 跟踪和均衡,并生成 QPSK 软信息。
  3. LDPC 解码恢复 UE payload,再通过 UDP 输出给 BS 侧应用。

上行接收与下行发射、感知接收彼此独立。上行还可按需发布信道估计、时延谱和星座图,便于观察链路状态。

OpenISAC 将下行发射、多个感知通道和上行接收拆分为可并行推进的流水线,使任何一路感知计算或通信解码都不必阻塞其他无线数据流,从而提高双向通信与多通道感知同时运行时的整体吞吐量。

缓冲队列用于吸收各阶段短时间的速率波动,多通道聚合则保证前端拿到同一时刻的通道集合。系统同时将 USRP/UHD 硬件控制与 DSP 处理分离,使不同通道可以共享设备或使用独立 USRP,同时保持一致的 OFDM 和感知算法。