前言

ADI公司繼AD9361之后又發(fā)布了AD9371射頻集成芯片，從該集成芯片的器件手冊(cè)上我們可以看到，AD9371的功能和射頻性能上都比AD9361好，且接收最大帶寬可達(dá)100MHz，發(fā)射帶寬最大可達(dá)250MHz，增加了監(jiān)測(cè)通道和偵測(cè)通道。該芯片的性能和功能上優(yōu)勢(shì)可以應(yīng)用到MIMO通信、信號(hào)監(jiān)測(cè)、頻譜分析、數(shù)據(jù)采集等眾多領(lǐng)域。但是改芯片實(shí)際應(yīng)用性能究竟如何？如何將該芯片的優(yōu)勢(shì)好好的使用起來(lái)？今天我就以其中一個(gè)實(shí)際應(yīng)用——多通道寬帶同步采集系統(tǒng)為大家展示如何將射頻集成芯片AD9371應(yīng)用起來(lái)。

一、 摘要

本文為大家介紹了一種由寬帶射頻子卡FMC205和數(shù)字基帶板卡USDR_U3構(gòu)成的多通道寬帶同步采集系統(tǒng)方案。FMC205是定為公司采用射頻集成芯片AD9371研發(fā)的一款寬帶射頻前端FMC子卡，每個(gè)FMC205擁有兩個(gè)發(fā)射通道和兩個(gè)接收通道。USDR_U3是以6U CPCI標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的基帶板卡，該板卡上擁有兩塊K7 325T FPGA和三個(gè)FMC插槽可供用戶使用。

本方案使用兩塊FMC205和兩塊USDR_U3構(gòu)成了一個(gè)4通道的同步信號(hào)采集系統(tǒng)。每個(gè)FMC205插在一個(gè)U3板卡FMC插槽上構(gòu)成一個(gè)兩通道寬帶射頻采集卡，再將兩塊U3插入到一個(gè)CPCI機(jī)箱內(nèi)，并通過(guò)U3的另一個(gè)FMC插槽提供同步時(shí)鐘和觸發(fā)信號(hào)，這樣兩個(gè)兩通道的信號(hào)采集卡就構(gòu)成了一個(gè)4通道的同步采集系統(tǒng)。最后通過(guò)電腦端的數(shù)據(jù)采集控制軟件和分析軟件就可以將數(shù)據(jù)采集并上傳到PC端進(jìn)行觀察和分析。

通過(guò)本文所述系統(tǒng)方案，用戶可以快速實(shí)現(xiàn)多通道寬帶同步采集系統(tǒng)的搭建。從而加速無(wú)線信號(hào)采集、頻譜監(jiān)測(cè)、分布式定位及測(cè)向等領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)速度。

二、 需求背景

多通道寬帶同步采集系統(tǒng)在通信行業(yè)有著很重要的地位，不僅瞬時(shí)帶寬寬，而且要求多個(gè)通道同時(shí)采樣時(shí)通道間時(shí)延小。這樣的多通道寬帶同步采集系統(tǒng)可以應(yīng)用到數(shù)據(jù)采集、頻譜監(jiān)測(cè)、側(cè)向、定位等多個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。

三、 原理及框圖

該多通道寬帶同步采集系統(tǒng)使用2片AD9371作為4路射頻前端采集，使用兩片XILINX Kintex-7 325T作為數(shù)據(jù)處理中心。通過(guò)AD9371采集到的4路信號(hào)，經(jīng)過(guò)Kintex-7處理后緩存在DDR3中，然后通過(guò)網(wǎng)口將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC端。

四、 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

1. 硬件實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)有2塊接收前端FMC205板卡，2塊數(shù)字信號(hào)處理U3板卡，以及1臺(tái)適配該系統(tǒng)的采集分析顯示軟件的PC。

首先利用2塊FMC205接收前端構(gòu)成4路接收采集通道，采集300MHz~6GHz的頻段內(nèi)的有用信號(hào)，通過(guò)U3數(shù)字信號(hào)處理板卡將采集下來(lái)的信號(hào)整理后發(fā)送到PC端，在PC端通過(guò)對(duì)原始數(shù)字信號(hào)進(jìn)行時(shí)域以及頻域的分析顯示，此系統(tǒng)中PC具有雙網(wǎng)口功能通過(guò)2根網(wǎng)線與2塊U3連接，通過(guò)發(fā)送同步采樣命令使得2塊搭載FMC205的U3進(jìn)行同步采樣。

2. 軟件實(shí)現(xiàn)

a) 數(shù)據(jù)采集軟件

下圖為該系統(tǒng)的信號(hào)采集軟件，通過(guò)此軟件可以將FMC205接收前端的模擬信號(hào)以數(shù)字的方式采集下來(lái)存放到指定路徑。

a) 信號(hào)處理顯示軟件

下圖為該系統(tǒng)的信號(hào)處理顯示軟件，通過(guò)此軟件可以將信號(hào)采集軟件生成的BIN文件進(jìn)行分析顯示時(shí)域和頻域波形。

a) FMC205配置軟件

下圖為FMC205的配置軟件，通過(guò)此軟甲可以對(duì)FMC205的射頻參數(shù)進(jìn)行配置。

五、 系統(tǒng)實(shí)測(cè)及評(píng)估

測(cè)試平臺(tái)搭建

該系統(tǒng)平臺(tái)搭建按照下圖所示，準(zhǔn)備好一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)CPCI機(jī)箱，2塊搭載FMC205的U3處理平臺(tái)，還需要在U3上插上DDR3內(nèi)存條，將2根網(wǎng)線分別連接到U3與PC端，然后在FMC205接收通道連接上4根射頻線到信號(hào)源上，在PC端準(zhǔn)備好所需的FMC205配置軟件、信號(hào)采集軟件、信號(hào)處理顯示軟件。

測(cè)試步驟

* 開(kāi)機(jī)CPCI機(jī)箱電源
* 加載系統(tǒng)配置的FPGA代碼
* 等待FMC205狀態(tài)指示，通過(guò)FMC205配置軟件配置射頻參數(shù)
* 通過(guò)信號(hào)采集軟件采集所需要的信號(hào)
* 通過(guò)信號(hào)處理顯示軟件顯示采集到的信號(hào)
* 觀察采集下的信號(hào)

測(cè)試分析

通過(guò)實(shí)測(cè)該系統(tǒng)很好的完成了4路接收通道同步采集信號(hào)，具有100MHz的接收帶寬以及300MHz~6GHz接收頻段。

系統(tǒng)指標(biāo)

六、 總結(jié)

通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)采集的4路信號(hào)進(jìn)行分析得出，很好的達(dá)到同步采集的要求。通過(guò)使用基于AD9371設(shè)計(jì)的FMC205板卡作為采集前端可以將300MHz至6GHz頻段的信號(hào)采集下來(lái)，而且在不需要連接外部接收放大器的情況下就可以接收-100dBm左右的小信號(hào)，極大的減少了硬件搭建的調(diào)試時(shí)間。在該系統(tǒng)中的U3數(shù)字板卡以及FMC205射頻板卡都是基于可重構(gòu)的思想設(shè)計(jì)，可以快速的堆疊搭建6通道8通道或者更多的通道采集。在后續(xù)的功能擴(kuò)展上可以將發(fā)射通道利用起來(lái)搭建一個(gè)多通道的任意射頻信號(hào)發(fā)生器，以及利用4路收發(fā)通道構(gòu)建4*4MIMO。