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如何通过软件​无线​电​推进​无线​原型​验证​

FPGA开发圈 2021-08-10 11:31 次阅读

应用程序不断增多,适用的无线设备也随之增加,造成需求和设计越发复杂。由于人们需要的数据越来越多,硬件设计便向着更宽的带宽、更高的频率和更多的通道发展,而软件则需要提供更大的灵活性,并缩短产品上市时间。

无论是在实验室中对新的无线技术进行原型验证,还是在真实环境中对系统进行评估,软件无线电(SDR)都提供了理想的解决方案,可确保性能和设计目标均得到满足。

本文介绍了NI Ettus USRP X410及其应用。这种通用软件无线电外设(USRP)旨在满足商业通信和国防应用程序的全新先进无线需求,无论是研究阶段还是部署阶段,皆可满足。

无线原型验证的演变

无人机防御和信号情报等应用的发展瞬息万变,在这样的情况下,更快速的部署和快速适应能力将是关键。我们需要具有强大RF和信号处理能力的商用现成(COTS)系统,但为了能够支持灵活的增强功能,防范各种威胁,还必须要有一个开放的平台。对于部署应用场景,小巧、轻便的低功率(SWAP) SDR支持可移动的便携式解决方案。

商用无线通信测试台和原型往往需要处理蜂窝和无线连接的多个频段和标准。要跟上5G等新无线标准的步伐,这意味着通常需要借助空口(OTA)无线原型验证,在有相应能力的硬件上开发和测试软件IP,以此证明从新编码方案到先进的多输入多输出(MIMO)系统等技术符合预期。

新一代的软件无线电

Ettus Research和NI联合推出了新一代高性能SDR,NI Ettus USRP X410便是首款。它将NI和Ettus Research的优点结合到单一的无线电中,不仅支持热门的开源工具流,包括USRP硬件驱动(UHD)和GNU无线电,还支持LabVIEW软件。NI Ettus USRP X410基于Xilinx Zynq UltraScale+ RFSoC构建,配备了高性能的RF发射器和接收器硬件,可提供NI迄今为止功能最为强大的SDR。RFSoC与数据转换器(ADC/DAC)集成,为嵌入式处理器和可编程FPGA技术奠定了基础。四核Arm处理器支持独立运行(嵌入式模式)或基于主机的模式,并通过外部主机来运行您的应用。

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图3.NI Ettus USRP X410集成了硬件和软件,有助于对高性能无线系统进行原型验证

助力未来创新的开放平台

Xilinx Zynq UltraScale+ FPGA的可编程逻辑组件拥有的FPGA资源比其他USRP产品多一倍,可提供高吞吐量的数字信号处理(DSP)和加固的IP内核,如板载软决策前向纠错(SD-FEC)和数字上变频/下变频(DUC/DDC)内核。SD-FEC对5G原型验证特别有效,可用于实时低密度奇偶校验(LDPC)编码/解码,这是5G中最密集的计算操作之一。在纯FPGA设计中,SD-FEC逻辑可以跨越多个大型Virtex-7 FPGA。因此,将其作为预建内核纳入硅片,可以节省巨大的空间和开发精力。

对于热门RF Network-on-C++hip (RFNoC)框架,NI Ettus USRP X410提供全方位支持,通过软件应用程序编程接口和FPGA基础结构,更容易实现FPGA加速。它可帮助您快速启动和运行,让您可以专注于增值型IP。您可以通过GNU无线电图形化界面、C++或Python,将基于主机和基于FPGA的处理无缝集成到应用程序中。用于快速傅里叶变换(FFT)和有限脉冲响应(FIR)滤波器等常见功能的RFNoC模块库是一个很好的着手点。然后,您可以使用偏好的硬件描述语言(HDL)将自己的IP块添加到模块化架构中。

除了系统的FPGA架构,Xilinx UltraScale+ RFSoC还配备了四个板载应用程序处理单元(APU)和两个实时处理单元(RPU),为需要板载嵌入式操作系统来实现独立运行的应用程序提供支持。

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图4.Xilinx UltraScale+ RFSoC的简化程序框图显示了板载APU和RPU,可用于需要板载嵌入式操作系统来实现独立运行的应用程序

用于扩展的RF硬件

NI Ettus USRP X410的频率范围为1 MHz至7.2 GHz,不仅可以处理sub-6 GHz传统的RF频段,还可以处理最近开放的5.925 GHz至7.125 GHz的Wi-Fi 6E未授权频段。凭借400 MHz的瞬时带宽,您可以利用更宽的通道,实现通道绑定和载波聚合,获得更高的数据吞吐量。RF前端架构采用低于3 GHz的超外差两级转换和高于3 GHz的单级转换,再加上滤波和功率电平控制,可发射和接收高保真信号。

NI Ettus USRP X410将四个发射和四个接收通道整合到一个紧凑的½机架1U组成结构中,不仅用途广泛,还易于运输,可为现场测试和运行提供支持。每个通道都相互独立,这意味着可以将每个通道调整到不同的频率,实现频分双工(FDD)应用或同时模拟多个信号。这些通道还可以通过一个内部恒温晶体振荡器(OCXO,可以将其校准到50 ppb以内)、一个用于时间标记的内部GPS指定振荡器(GPSDO),以及10 MHz参考和脉冲/秒(PPS)生成来进行同步。若通道数更多,则可以通过导入外部参考时钟并使用PPS生成来同步多个设备,这些情况需要大规模MIMO等精准时间对齐。

随着带宽变宽和通道增多,将大量数据移入和移出无线电可能会成为一个挑战。为了解决这个问题,NI Ettus USRP X410采用了两个可配置的四路小型可插拔(QSFP)端口,可充分利用双10 GbE或双100 GbE板载的优势。此外,该无线电还包含一个PCI Express x8 Gen 3端口,传输速率高达8 GB/s。

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图5.NI Ettus USRP X410的程序框图显示了其RF和数字功能

总结

NI Ettus USRP X410的强大性能为您实现新创新提供了一个理想平台。将这款软件无线电与您选择的软件工具链结合使用,凭借出色的功能和灵活性充分满足您的需求。无论您是在研究5G及更高的技术,还是在部署系统以期缓和不断变化的威胁,NI Ettus USRP X410都可以加快无线设备原型验证的速度。

编辑:hfy

原文标题:借助​软件​无线​电​推进​无线​原型​验证​的​发展

文章出处:【微信号:FPGA-EETrend,微信公众号:FPGA开发圈】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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发表于 04-18 19:10 237次 阅读

ADF7030-1 高性能、sub-GHz无线电收发器IC

和特点 射频(RF)范围 169.4 MHz 至169.6 MHz 426 MHz 至470 MHz 863 MHz 至960 MHz 数据速率 2FSK/2GFSK: 0.1 kbps 至300 kbps 4FSK/4GFSK: 0.1 kbps 至400 kbps (仅发射) 双通道功率放大器(PA) 可编程接收器带宽:3 kHz至487 kHz 接收器(Rx)性能 阻塞:高达97 dB(±10 MHz失调) 邻道抑制:高达66 dB 灵敏度:-122.8 dBm(2.4 kbps) 发射器(Tx)性能 范围:−20 dBm至+17 dBm,步长分辨率为0.1 dB 输出功率随温度和电源变化波动极低 欲了解更多特性,请参考数据手册 产品详情 ADF7030-1是一款完全集成的无线电收发器,以极低功耗实现高性能。该器件非常适合要求长距离、网络鲁棒性和长电池续航时间的应用。它适合在ISM、SRD,以及169 MHz、426 MHz至470 MHz和862 MHz至960 MHz许可频段范围内工作的应用。它对IEEE802.15.4等基于标准的协议提供广泛支持,同时还灵活地支持众多专有协议。高度可配置的低中频(IF)接收器支持3.6 kHz至487 kHz范围内的各种IF带宽。这使得ADF7030-1支持超低窄带、窄带和宽带通道间隔。ADF7030-1具有两个独立的PA,分别支持−20 dBm至...
发表于 02-22 15:04 254次 阅读
ADF7030-1 高性能、sub-GHz无线电收发器IC

ADF7030 高性能、低功耗、169MHz ISM频段无线电收发器IC

和特点 RF频率范围: 169.4 MHz至169.6 MHz 调制: 2GFSK、4GFSK 数据速率: 2GFSK: 2.4 kbps和4.8 kbps 4GFSK: 6.4 kbps (仅Tx) 1nA休眠电流 接收器性能 阻塞:97 dB(±10 MHz失调) t邻道抑制:66 dB 灵敏度:−122 dBm 欲了解更多特性,请参考数据手册 产品详情 ADF7030是一款低功耗、高性能、集成式无线电收发器,支持169.4MHz至169.6MHz ISM频段内的窄带操作。 ADF7030支持以2.4kbps和4.8kbps进行发送和接收工作(使用2GFSK调制),以及以6.4kbps进行发送工作(使用4GFSK调制)。 ADF7030片上集成ARM® Cortex®-M0处理器,可执行无线电控制和数据包管理。 应用 无线M总线模式N (EN 13757-4) 智能计量 公共报警 有源标签资产跟踪 方框图...
发表于 02-22 15:04 227次 阅读
ADF7030 高性能、低功耗、169MHz ISM频段无线电收发器IC

ADRF6520 针对μW无线电2 GHz通道间隔的双通道可编程滤波器和VGA

和特点 匹配VGA和可编程滤波器 连续增益控制范围:54 dB 滤波器旁路模式I或Q带宽(BW) ±1 dB增益平坦度:>1250 Hz 4极点巴特沃兹滤波器I或Q带宽:36 MHz至720 MHz RMS检波器 IMD3:>55 dBc(1.5 V p-p复合输出) HD2、HD3:>55 dBc(1.5 V p-p输出) 噪声系数:10.4 dB(最大增益时) NF < 11 dB(VGA2增益回退:12 dB) 100Ω差分输入、低阻抗输出 可选直流输出失调校正 SPI可编程滤波转折频率和增益步进 3.3 V单电源,具有关断特性产品详情 ADRF6520包括一对匹配的完全差分低噪声、低失真可编程滤波器和可变增益放大器(VGA)。每个通道都能够抑制较大的带外干扰信号,同时忠实放大所需信号,因而模数转换器(ADC)的带宽和分辨率要求得以降低。两个通道匹配出色,而且在所有增益和带宽设置下都具有很高的无杂散动态范围,因此ADRF6520非常适合具有密集星座图、多个载波并存在邻近干扰的正交(IQ)通信系统。可通过串行端口接口(SPI)编程滤波器转折频率、使能和直流失调校正环路使能特性。滤波器之前的第一个VGA提供27 dB的连续增益控制以及18 dB的最大增益,并设置差分输入阻抗为100 Ω...
发表于 02-15 18:38 362次 阅读
ADRF6520 针对μW无线电2 GHz通道间隔的双通道可编程滤波器和VGA

TMP411 ±1°C Programmable Remote/Local Digital Out Temperature Sensor

TMP411设备是一个带有内置本地温度传感器的远程温度传感器监视器。远程温度传感器,二极管连接的晶体管通常是低成本,NPN或PNP型晶体管或二极管,是微控制器,微处理器或FPGA的组成部分。 远程精度为±1 °C适用于多个设备制造商,无需校准。双线串行接口接受SMBus写字节,读字节,发送字节和接收字节命令,以设置报警阈值和读取温度数据。 TMP411器件中包含的功能包括:串联电阻取消,可编程非理想因子,可编程分辨率,可编程阈值限制,用户定义的偏移寄存器,用于最大精度,最小和最大温度监视器,宽远程温度测量范围(高达150°C),二极管故障检测和温度警报功能。 TMP411器件采用VSSOP-8和SOIC-8封装。 特性 ±1°C远程二极管传感器 ±1°C本地温度传感器 可编程非理想因素 串联电阻取消 警报功能 系统校准的偏移寄存器 与ADT7461和ADM1032兼容的引脚和寄存器 可编程分辨率:9至12位 可编程阈值限...
发表于 09-19 16:35 343次 阅读
TMP411 ±1°C Programmable Remote/Local Digital Out Temperature Sensor

TMP468 具有引脚可编程的总线地址的高精度远程和本地温度传感器

TMP468器件是一款使用双线制SMBus或I 2 C兼容接口的多区域高精度低功耗温度传感器。除了本地温度外,还可以同时监控多达八个连接远程二极管的温度区域。聚合系统中的温度测量可通过缩小保护频带提升性能,并且可以降低电路板复杂程度。典型用例为监测服务器和电信设备等复杂系统中不同处理器(如MCU,GPU和FPGA)的温度。该器件将诸如串联电阻抵消,可编程非理想性因子,可编程偏移和可编程温度限值等高级特性完美结合,提供了一套精度和抗扰度更高且稳健耐用的温度监控解决方案。 八个远程通道(以及本地通道)均可独立编程,设定两个在测量位置的相应温度超出对应值时触发的阈值。此外,还可通过可编程迟滞设置避免阈值持续切换。 TMP468器件可提供高测量精度(0.75°C)和测量分辨率(0.0 625°C)。该器件还支持低电压轨(1.7V至3.6V)和通用双线制接口,采用高空间利用率的小型封装(3mm×3mm或1.6mm×1.6mm),可在计算系统中轻松集成。远程结支持-55°C至+ 150°C的温度范围。 特性 8通道远程二极管温度传感器精度:±0.75&...
发表于 09-18 16:05 253次 阅读
TMP468 具有引脚可编程的总线地址的高精度远程和本地温度传感器