2.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

采用以GPP(General-Purpose Processor，通用處理器)為基礎(chǔ)的體系結(jié)構(gòu)，直接用工控機(jī)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。對(duì)于這種無線電系統(tǒng)，從實(shí)體上無法觀察到一個(gè)真正的電臺(tái)，它完全從軟件角度解決無線電通信問題。由于通用機(jī)不是一個(gè)實(shí)時(shí)的同步系統(tǒng)，不適于嚴(yán)格定時(shí)采樣信號(hào)的實(shí)時(shí)處理，只能通過中斷來保持一定的同步。但是因其開放性、靈活性、可編程性和人機(jī)界面方面的優(yōu)勢，較接近理想的軟件無線電，也更適于測試、教學(xué)和研究。

系統(tǒng)選用流水線形式進(jìn)行連接，與信號(hào)流方向一致，具有很高的效率，時(shí)延短，處理數(shù)率高，可以一定程度上彌補(bǔ)GPP信號(hào)處理速度慢的不足。但是由于各模塊之間采用實(shí)際電路互聯(lián)，模塊間耦合緊密，獨(dú)立程度不高。如果系統(tǒng)功能改變，需要增加、去除或修改某一模塊，牽扯到相應(yīng)的模塊變動(dòng)，甚至總體結(jié)構(gòu)的改變。因?yàn)樵O(shè)計(jì)目的是針對(duì)測試系統(tǒng)信號(hào)源的測試和校準(zhǔn)，信號(hào)相對(duì)固定，不需要頻繁變動(dòng)，所以選用流水式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示[7]。信號(hào)的產(chǎn)生和處理由工控機(jī)完成，任意波形發(fā)生模塊（Arbitrary Waveform Generator，AWG）實(shí)現(xiàn)波形輸出（高頻時(shí)需要用到數(shù)字上變頻卡），如果做無線發(fā)射和接收時(shí)需要附加天線和射頻放大器。信號(hào)的采集和數(shù)模轉(zhuǎn)換由凌華科技PCI-9846高速數(shù)字化儀完成，轉(zhuǎn)換結(jié)果可以實(shí)時(shí)顯示，也可以保存成波形文件以便后續(xù)處理。

圖2 系統(tǒng)框圖

2.1 信號(hào)源

中頻信號(hào)用PXI-5421產(chǎn)生。這是一款可進(jìn)行板載信號(hào)處理(OSP)的任意波形發(fā)生器，具有16位分辨率和-91 dBc封閉式無寄生動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)，可為要求數(shù)字上變頻和基帶插值的應(yīng)用提供儀器質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。作為一款功能齊全的AWG，PXI-5421還能夠生成通用的電子測試信號(hào)，其較大輸出范圍為12Vpp，50Ω電阻載荷，較高頻率43MHz[8]。上變頻卡采用NI PXI-5610，其內(nèi)有2.7 GHz上變頻器，具有高實(shí)時(shí)帶寬和穩(wěn)定的時(shí)基，其精度可達(dá)±50ppb。在射頻生成應(yīng)用中，與模塊化函數(shù)發(fā)生器緊密集成，可產(chǎn)生頻率范圍50kHz到2.7GHz的信號(hào)，可調(diào)增益范圍130dB[9]。PXI-5421產(chǎn)生高頻VOR信號(hào)送至PXI-5610做上變頻處理，變頻到需要的甚高頻波段。

PXI板卡安裝在NI PXI-1402控制箱內(nèi)。采用NI PXI-PCI833x 套件，可使用通過銅纜連接的完全透明的MXI-4網(wǎng)絡(luò)在計(jì)算機(jī)上控制PXI模塊。MXI-4通過在PCI-PCI高帶寬連接上搭建橋路，通過計(jì)算機(jī)的PCI接口對(duì)PXI系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

2.2 數(shù)據(jù)采集

用凌華科技PCI-9846高速數(shù)字化儀完成數(shù)據(jù)采集。凌華科技PCI-9846是具有40MHz采樣頻率的16位4通道數(shù)字化儀，專為高頻率、大動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)設(shè)計(jì)，較高輸入頻率可達(dá)20MHz。模擬輸入量程可以通過軟件設(shè)定為±1V或±0.2V，可選擇50歐輸入阻抗，以適應(yīng)高速、高頻信號(hào)。裝有4通道高線性16位A/D轉(zhuǎn)換器，可以理想地適應(yīng)諸如雷達(dá)、超聲波及軟件無線電等大動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)。

配合高達(dá)512MB的板載內(nèi)存，PCI-9846可以記錄更長時(shí)間的波形而不受限于PCI總線的傳輸速率。數(shù)字化的信號(hào)數(shù)據(jù)在傳輸?shù)街鞔鎯?chǔ)器以前先被存儲(chǔ)到板載內(nèi)存。數(shù)據(jù)傳輸采用SG-DMA(Scatter-gather Direct Memory Access，分散－聚集直接內(nèi)存讀取）方式，可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸率，并可更有效的利用系統(tǒng)內(nèi)存。如果數(shù)字化儀的數(shù)據(jù)傳輸速率低于可用的PCI總線帶寬，PCI-9846還設(shè)有一個(gè)板載取樣點(diǎn)先進(jìn)先出存儲(chǔ)器，以實(shí)現(xiàn)繞過板載內(nèi)存而實(shí)時(shí)直接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)內(nèi)存。

PCI-9846具有靈活的觸發(fā)選項(xiàng)，包括軟件觸發(fā)、外部數(shù)字觸發(fā)、任意模擬通道的模擬觸發(fā)以及PXI總線觸發(fā)。多樣的觸發(fā)方式使其更適應(yīng)需求。后觸發(fā)、延遲觸發(fā)、前觸發(fā)及中觸發(fā)模式可以采集觸發(fā)事件附近的數(shù)據(jù)。PCI-9846也可以重復(fù)觸發(fā)采集，以便對(duì)極短時(shí)間間隔的多個(gè)數(shù)據(jù)段進(jìn)行采集。PXI背板提供的多種觸發(fā)選項(xiàng)使PCI-9846可以簡便地實(shí)現(xiàn)多模塊同步。利用PXI觸發(fā)總線，PCI-9846可以在設(shè)置為“主”時(shí)向PXI觸發(fā)總線輸出觸發(fā)或時(shí)基信號(hào)，在設(shè)置為“從”時(shí)從PXI觸發(fā)控制槽接收觸發(fā)或時(shí)基信號(hào)。PXI背板提供精準(zhǔn)的10MHz信號(hào)也可以用作一個(gè)時(shí)基信號(hào)源。

PCI-9846包含一個(gè)精確的低溫度漂移板載基準(zhǔn)。這不但可以提供一個(gè)穩(wěn)定的校準(zhǔn)源，亦能保證在較大溫度變化范圍的數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定性。自動(dòng)校準(zhǔn)過程通過軟件完成，不需要任何手動(dòng)調(diào)整。一旦校準(zhǔn)過程完成，校準(zhǔn)信息將被存儲(chǔ)在板載EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)，需要時(shí)校準(zhǔn)值可從板上加載。[10]

2.3 軟件部分

LabVIEW是NI（National Instruments，美國國家儀器公司）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，其全稱是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench），是一款基于G語言（Graphics Language，圖形化編程語言）的測試系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺(tái)[11]。信號(hào)產(chǎn)生、數(shù)字化儀調(diào)用和數(shù)字信號(hào)處理在LabVIEW2010環(huán)境下進(jìn)行。

由于機(jī)器性能有限，程序分為產(chǎn)生、采集和處理三部分。根據(jù)信號(hào)建模的結(jié)果（參考“1.3 合成信號(hào)”），計(jì)算得出波形數(shù)據(jù)并保存到文件。在波形的產(chǎn)生程序中，先把波形數(shù)據(jù)讀出并寫入任意波形發(fā)生器，調(diào)用其產(chǎn)生所需要的信號(hào)。調(diào)用DAQPilot相關(guān)模塊控制數(shù)字化儀進(jìn)行信號(hào)采集，并存儲(chǔ)到文件以便后續(xù)調(diào)用。解調(diào)程序調(diào)用此波形文件，進(jìn)行相關(guān)解調(diào)及運(yùn)算，完成信號(hào)分析。信號(hào)的產(chǎn)生與采集程序框圖如圖3所示，解調(diào)和運(yùn)算程序框圖如圖4所示。

圖5 綜測儀前面板

結(jié)論

軟件無線電技術(shù)目前在軍用、民用通信領(lǐng)域已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用。基于此技術(shù)的測試設(shè)備因?yàn)槠溟_放性和靈活性，比傳統(tǒng)設(shè)備有更加廣闊的應(yīng)用前景。而數(shù)字化儀正是實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)過渡的關(guān)鍵。經(jīng)驗(yàn)證，凌華科技PCI-9846高速數(shù)字化儀安裝簡便，操作界面人性化，可以在LabVIEW環(huán)境下方便地調(diào)用，勝任復(fù)雜模擬信號(hào)的準(zhǔn)確采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換，并能存儲(chǔ)成波形文件便于后續(xù)調(diào)用。限于技術(shù)水平和電腦性能，不能做更高頻率的采樣和信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)，有待今后工作中繼續(xù)研究改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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凌華科技致力于量測、自動(dòng)化及計(jì)算機(jī)通訊科技之改進(jìn)及創(chuàng)新，提供解決方案給全球網(wǎng)絡(luò)電信、智能交通及電子制造客戶。憑著對(duì)專業(yè)技術(shù)的執(zhí)著與實(shí)踐客戶承諾的自我要求，領(lǐng)先業(yè)界推出多項(xiàng)創(chuàng)新性產(chǎn)品，獲ISO-9001、ISO-14001、ISO-13485、臺(tái)灣精品、TL9000等多項(xiàng)認(rèn)證。凌華科技為Intel®智能系統(tǒng)聯(lián)盟（Intel® Intelligent Systems Alliance）會(huì)員，PICMG協(xié)會(huì)和PC/104協(xié)會(huì)可參與制定規(guī)格的會(huì)員，PXI Systems Alliance協(xié)會(huì)董事會(huì)及較高等級(jí)會(huì)員，以及AXIe聯(lián)盟戰(zhàn)略會(huì)員，VMEbus國際貿(mào)易協(xié)會(huì)（VITA）成員。目前在美國、新加坡、中國、日本、德國設(shè)有子公司，在印度、韓國、法國設(shè)有辦事處，為當(dāng)?shù)乜蛻籼峁┛旖莘��?wù)和實(shí)時(shí)支持。網(wǎng)址：http://www.adlinktech.com/cn。