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100MHz，發(fā)射帶寬最大可達250MHz，增加了監(jiān)測通道和偵測通道。該芯片的性能和功能上優(yōu)勢可以應(yīng)用到MIMO通信、信號監(jiān)測、頻譜分析、數(shù)據(jù)采集等眾多領(lǐng)域。但是改芯片實際應(yīng)用性能究竟如何？如何將該芯片的優(yōu)勢好好的使用起來？今天我就以其中一個實際應(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。

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FMC205擁有兩個發(fā)射通道和兩個接收通道。USDR_U3是以6U CPCI標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的基帶板卡，該板卡上擁有兩塊K7 325T FPGA和三個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4通道的同步信號采集系統(tǒng)。每個FMC205插在一個U3板卡FMC插槽上構(gòu)成一個兩通道寬帶射頻采集卡，再將兩塊U3插入到一個CPCI機箱內(nèi)，并通過U3的另一個FMC插槽提供同步時鐘和觸發(fā)信號，這樣兩個兩通道的信號采集卡就構(gòu)成了一個4通道的同步采集系統(tǒng)。最后通過電腦端的數(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端進行觀察和分析。

通過本文所述系統(tǒng)方案，用戶可以快速實現(xiàn)多通道寬帶同步采集系統(tǒng)的搭建。從而加速無線信號采集、頻譜監(jiān)測、分布式定位及測向等領(lǐng)域的開發(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，不僅瞬時帶寬寬，而且要求多個通道同時采樣時通道間時延小。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、側(cè)向、定位等多個領(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AD9371采集到的4路信號，經(jīng)過Kintex-7處理后緩存在DDR3中，然后通過網(wǎng)口將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC端。

四、 系統(tǒng)實現(xiàn)

1. 硬件實現(xiàn)

該系統(tǒng)有2塊接收前端FMC205板卡，2塊數(shù)字信號處理U3板卡，以及1臺適配該系統(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，通過U3數(shù)字信號處理板卡將采集下來的信號整理后發(fā)送到PC端，在PC端通過對原始數(shù)字信號進行時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2根網(wǎng)線與2塊U3連接，通過發(fā)送同步采樣命令使得2塊搭載FMC205的U3進行同步采樣。

2. 軟件實現(xiàn)

a) 數(shù)據(jù)采集軟件

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

a) 信號處理顯示軟件

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

a) FMC205配置軟件

下圖為FMC205的配置軟件，通過此軟甲可以對FMC205的射頻參數(shù)進行配置。

五、 系統(tǒng)實測及評估

測試平臺搭建

該系統(tǒng)平臺搭建按照下圖所示，準(zhǔn)備好一個標(biāo)準(zhǔn)CPCI機箱，2塊搭載FMC205的U3處理平臺，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根射頻線到信號源上，在PC端準(zhǔn)備好所需的FMC205配置軟件、信號采集軟件、信號處理顯示軟件。

測試步驟

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

測試分析

通過實測該系統(tǒng)很好的完成了4路接收通道同步采集信號，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)

通過對該系統(tǒng)采集的4路信號進行分析得出，很好的達到同步采集的要求。通過使用基于AD9371設(shè)計的FMC205板卡作為采集前端可以將300MHz至6GHz頻段的信號采集下來，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，極大的減少了硬件搭建的調(diào)試時間。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，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)的功能擴展上可以將發(fā)射通道利用起來搭建一個多通道的任意射頻信號發(fā)生器，以及利用4路收發(fā)通道構(gòu)建4*4MIMO。