无线通信 | 瑞苏盈科FPGA应用于带宽（4.096 GS/s）信号的频谱监测

一位客户向我们提出了一个想法，希望我们设计一种解决方案，用于监测无线通信信号的频谱，以确保系统安全，即检测频谱中的意外活动。意外活动可以在任何频率、任何时间、使用任何通信协议发生。考虑到当今的技术，这些要求意味着要以高分辨率监测多个千兆赫的频率范围。尽管设置极具挑战性，但这项工作与我们的目标不谋而合。

面临的挑战

作为概念验证，客户要求系统以低于50 kHz的分辨率持续监控4.096 GHz带宽。能够以这种速度处理信号的硬件平台并不多，即使是现代ASIC也面临巨大挑战。考虑到这一点，我们选择了AMD的最新产品之一，即其Zynq UltraScale+ RFSoC器件。

解决方案

我们的团队在一台设备上安装了完整的概念验证系统--既有用于生成测试信号的信号发射器，也有用于计算频谱的信号接收器。FFT大小必须很大，每个时钟周期处理8个采样点：131'072个点，分辨率为31.25kHz，满足<50 kHz的分辨率要求。为此，需要进行大量优化，以最大限度地减少FPGA资源：使用线性插值来减少LUT大小，利用函数对称性来减少LUT大小，在多个位置之间共享LUT输出等。时钟频率为512MHz，以处理GHz信号。BRAM和URAM的使用率非常高，这使得围绕BRAM/URAM的时序闭合具有挑战性。另一个挑战是数据缩减。原始频谱数据（+ 元数据）每个采样64位，速度为4.096 GS/s（512MHz时钟上的512位总线速度为262.144 Gbps）。由于任何CPU都无法处理如此大的数据量，客户提供了一种算法来丢弃他们不需要的数据。

仙女座Andromeda XRU50核心板

仙女座Andromeda XRU50结构框图

成果

在AMD Zynq UltraScale+ RFSoC器件上实现了4.096 GS/s复杂信号（相当于 8.192 GS/s 真实信号）监测概念验证，时钟频率为512MHz。系统包括单个器件上的发射器和接收器，这就要求对资源使用进行复杂的优化。实现的信号监测分辨率为31.25kHz，远远低于最初的要求。

瑞苏盈科

Enclustra（瑞苏盈科）是FPGA领域全球一流的公司， 2004年成立于瑞士并成为AMD官方合作伙伴，同时是Altera FPGA金牌方案商、Microchip官方方案商。提供FPGA核心板/开发板、FPGA IP核、全栈设计服务。目前有来自29个国家的员工在全球70+国家服务1600+客户。其中不乏西门子、博世、罗氏、保时捷、ABB、舍弗勒、英飞凌等顶级企业。

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