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Keysight VSA软件定义无线电测量解决方案

与现有通信系统相关的系统间互操作的需求和高成本现状,正在促使软件定义无线电 (SDR) 技术融入到商用和军用无线系统中。就商用无线系统而言,移动通信业在全球范围内(甚至在一些特殊地区)已呈现出各种各样不兼容无线电标准齐头进发展的趋势。用户希望具有在指定区域内使用最可靠服务的能力。

就军用无线系统而言,以往将独立通信系统用于不同战术功能的模型,完全不适应目前几乎所有现代军队所遵循的以网络为中心的作战模型。如今,军队具有快速机动、紧密结合和高度协调一致等特点,要求在不同编制之间拥有快速和自由通信的能力。另外,维护当前的各种系统需要巨大的支援覆盖区及相应的高成本。公用事业机构,例如执法和消防部门,也存在着类似的情况。他们也在联邦、州和本地区范围内使用大量非互通无线电设备。

1.0 什么是软件定义无线电 (SDR)?

在原始文章中,“软件定义无线电 (SDR)”一词指的是基于软件的可重新配置的无线电,并可在天线端直接进行模数转换。模数转换器 (ADC) 当前性能的实际限制妨碍直接在天线端对宽带波形进行采样,故需要开发一种无线电系统,可以改变系统的工作频率、调制、工作带宽和网络协议,而无需改变系统硬件。

随着数字信号处理 (DSP) 和 ADC 速度的提高,可以完成更多的数字化信号处理。过去的无线电系统从射频到基带都是以模拟信号的方式在进行,新的无线电系统通过数字基带和数字中频等方式,在技术可行的情况下将数模变换尽可能的向天线端靠近。然而,无线电中更多的数字内容可能导致新的测量和故障诊断问题。目前,传统的射频设计人员必须解决可重复配置逻辑的数字信号和总线结构的问题。此外,DSP和数字硬件设计人员目前还面临根据高级功能性能(包括矢量图和误差矢量幅度 (EVM)测量)来了解和测量信号质量的问题。

本应用指南介绍软件定义无线电SDR体系结构和分析工具的类型,测量软件无线电的数字、模拟和射频部分时可使用这些分析工具。本指南还说明了在进行SDR部件和系统设计及故障诊断时,如何将矢量信号分析工具应用于多域场合。还讨论了矢量信号生成和软件无线电设计如何影响起支配作用的射频/模拟硬件与数字域的连接。最后,本指南将介绍如何将仪器和无线电硬件直接集成到先进的软件仿真工具中。

2.0 软件无线电体系结构

理想的软件定义无线电 SDR 无线电体系结构能对覆盖终端支持的所有无线电信道的全带宽进行数字化。目前 ADC 的速度限制了数字前端的工作带宽,因此,大多数无线电设备需要射频到中频的变换。用于射频到中频变换的 ADC 的性能(如比特分辨率、采样速率)和体系结构要求在性能、功耗和成本之间作折中选择。图1示出,使用中频采样的实用的 SDR 接收机的实例。该图表明下变频路径中使用 ADC 的两个可能的位置。在第一种情况下,ADC 置于 IQ 解调器之后。这种配置需要较多的模拟电路以及两个基带或低频中频上的ADC通道。随着ADC速度的提高,ADC 也可以置于 IQ 解调器之前。在这种情况下,IQ解调完全在数字域中进行。第二种方法省去了许多模拟电路,且体系结构开始接近理想SDR的体系结构,因为进行数字化处理的过渡点更加靠近天线。另一种接收机体系结构则一步就将射频信号直接变频到基带。在这种情况下,如图1所示,第一个本振(LO1)被去除,第二个振荡器(LO2)调谐到射频载波频率。直接变频接收机不需要射频前端上的中频滤波器和镜像频率滤波器;然而,却需要良好的LO抑制和两个ADC: 一个用于 I 通道,另一个用于Q通道。

将中频或基带数字化之后,可将数字化波形输入到 DSP 域,以此完成通信化和信号处理。如果在 IQ 解调器之前进行数字化,则解调器便会完全数字化,并可使用数字 LO、数字混频器和抽样滤波器。IQ 调制器将输入信号转换为复数(I 和 Q)基带表示。然后,信号经数字化过滤,以通过所需通道。最后一个步骤包括将符号解调到比特、去交织运算和解码。相对于更传统的接收机体系结构,SDR 可在数字域中执行通信化,因此,可按照要求重新配置,而无需改变无线电硬件结构。

图1 典型 SDR 接收枧的简化结构图

图2 带数字接口的 SDR 芯片组

无线电设计人员必须针对目标性能和成本选择适当的体系结构。由于射频和数字部分有不同要求,可能要由两个或多个模块或 IC 构建完整的无线电。图 2 表明如何将软件无线电收发信机分为混合信号 RFIC 或模块和基带电路。基带电路包括使用特定网络协议进行数据恢复的DSP算法。使用自适应软件算法,如通常在现场可编程门阵列 (FPGA)和/或DSP芯片中使用的软件算法,使 SDR 重新配置能“即时”进行。

通过将置于混合信号射频前端,前端和基带之间的通信可以在数字总线上完成。该总线上的通信可以是串行也可是并行,视应用情况而定。商用数字接口的一个例子是 DigRF 标准,该标准由芯片组制造商协会制定,他们定义了 2.5G 和 3G 蜂窝芯片组中的串行通信标准。无论是基于标准的总线协议还是专用总线协议,前端和基带之间的数字接口需要特定的信号分析和信号生成工具,以正确表征该接口。通过使用是德科技信号分析工具和信号生成产品,设计人员可以全面地表征从基带到天线的 SDR 系统性能。

3.0 软件无线电损伤

实际的软件无线电系统会受到许多损伤的影响,从而产生差错并降低整个系统的性能。典型射频损伤可能由 LO 相位噪声、放大器压缩、杂散信号、滤波器倾斜、滤波器波动、信道衰落和信道干扰造成。中频上的模拟损伤会有许多与射频信号同样的问题,但是也包括调制器与解调器的 IQ 通道不平衡的问题。这些射频和模拟损伤并不局限于 SDR 系统,也会在任何数字无线系统中出现。SDR 使用非常多的数字逻辑和 DSP 的情况会带来传统无线设计中不存在的其他损伤。例如,软件无线电的性能是与模拟和数字域之间转换信号的 ADC 和 DAC 的性能相关。确定 SDR 接收机的动态范围时,ADC 的比特分辨率和工作带宽就是限制因素。ADC 的性能还与驱动它的射频或模拟信号有关。工作在相邻信道中高功率阻塞信号将限制 ADC 的动态范围,因为该干扰信号可能比所需信号高出 80 dB。还有一种情况是由于量化效应,ADC 内部会生成杂散信号,系统性能在很大程度上受这些动态条件下 ADC 性能的限制。

还有大量其他射频、模拟和数字损伤也会降低系统性能。表1给出了一些最常见问题的列表,这些问题可能会在实际 SDR 设计中出现。

表一 典型无线电损伤

4.0 比特误码率测试

图3 比特误码率 (BER) 测试配置

评测数字无线系统总体性能的一种常用技术是环回比特误码率(BER)测试。评测数据链性能时,BER测试通常认为是“快速测试”。它测量数据比特流通过发射机、穿过信道和从接收机出来进行传输的性能情况。比特误码率测试仪 (BERT) 向发射机输入一个已知的数据流,并与从接收机出来的数据进行比较,以寻找差错数与发送的总比特数之比值(参见图3)。有许多不同 BERT 可用于各种数据速率和数字数据格式。某些仪器,例如Keysight 信号发生器,具有可选的内置BER测试仪。这些灵活的信号发生器可在系统中的各个测试点上注入调制信号,并使用恢复的数据流测量 BER。另一些 BER 测试配置则使用各种条件下可在接收机中播放的记录波形。使用记录波形为各个设备厂商之间进行互通测试提供一个良好的平台。本应用指南后面部分将提供一些捕获和建立这些波形的技术。

遗憾的是,环回BER测试的故障诊断能力十分有限。这个系统级端到端性能测量不能正确指出系统中减损的根源。例如,不良的BER性能可能是发射机中功率放大器的压缩或接收机解调器的DSP逻辑中的错误符号时序造成的。在两种情况下,BER测量不能将性能降低与减损根源联系起来。

环回 BER 测试中的限制实际上是起源于信号减损的固有属性。一些信号减损实质上是附加上的,且遍及整个无线系统。使问题更为复杂化的是,许多信号减损是以不同方式附加上的。线性失真和群延迟减损是确定性的且可以算术相加,而相位噪声减损则是随机的,需几何相加。许多环回测试在数据恢复过程中消除了减损,从而无意中会导致虚假测量结果。例如,直接的数字调制器到解调器环回测试会产生可接受的误码率。另外,执行中频环回测试并显示过多的差错,可能表示是中频内的问题。然而,这样的假设可能带来错误结论,因为中频和调制器中较小的减损加在一起可能已超出了技术指标(如误码)条件。

恰当确保一致性误码率性能的唯一方法是使用系统预算,该系统预算可分配无线链路中每个单部分允许调制减损的最大余量。为此,我们必须使用比环回BER测试更复杂的测量。这就是为什么设计工程师通常使用比简单的BER测试更先进的测量,来有效表征信号减损的复合效应。本应用指南中下面几部分将讨论可用于测量和表征软件无线电中各种不同域的性能的各种类型的仪器和信号分析工具。相关阅读:


5.0 多域分析工具

SDR 系统中各种各样的信号类型(重点是工作在数字域中的信号)使得设计人员必须拥有一组灵活的故障诊断工具,用于当信号通过三个域(数字、模拟和射频)中的每一个时,对其质量进行考察。通常仪器是专为测量带有某种格式的信号而设计。例如,数字硬件的数据总线通常是使用逻辑分析仪进行探测。逻辑分析仪显示大量信号线的二进制编码,这些信号线以数字方式表示被传输的信号。图4给出了SDR发射机的结构图和在 I 通道 DAC 的输人端进行的逻辑分析仪测量结果。由于逻辑分析仪一次可以支持多个总线测量,因此可通过连接探测被测件的多个测量适配器来同时测量数字 I 和 Q 通道数据总线。是德科技出版了若干阐述逻辑分析和探测基础知识的应用指南。

SDR 设计通常所遇到的另一个信号格式是模拟 I 和 Q 基带信号,这两个信号要求两个独立的模拟测量。宽带多通道示波器是测量模拟 I 和Q波形的理想选择。图4还示出了使用 Keysight lnfiniium示波器在 DAC 之后进行模拟 I 和 Q 波形测量。

图4 SDR发射枧结构冬和相关多域测量

图5 呈现导人示波器测量的逻辑分析仪显示

某些逻辑分析仪的一个非常有用的特性是具有从示波器导人模拟波形的能力。模拟波形通过两台仪器之间的 LAN 连接从示波器传送到逻辑分析仪。两台仪表的集成测量功能非常有用,例如,可以根据模拟的事件进行触发,同时观察 DSP 相关的数字总线的状态。图5中示出了将逻辑分析仪同示波器用于时间相关测量的一个实例。该图显示 DAC 输人端的数字总线的逻辑分析仪测量。该图还说明依据逻辑分析仪测量的数字信息的模拟表示。下方的两条曲线是由两个DAC 输出得到的时间相关的示波器测量结果。该技术提供两个数字 IQ 信号与两个模拟 IQ 波形的比较分析。同步光标提供数字和模拟波形之间的精确时间测量。注意,图5中示出的逻辑分析仪测量实际上是数字信号测量所形成的模拟表示。一旦用户将多数据总线与单一测量通道相联时,逻辑分析仪便可以用总线测量格式进行显示。

第三种信号格式是包含作为射频载波上的符号被调制的信息的射频波形。与该信号类型相关的典型测量是频谱测量,包括射频中心频率、带宽、谐波、杂散信号和相邻信道功率等等。频谱分析仪或矢量信号分析仪(VSA)是测量信号幅度随频率变化的理想仪器。图4还示出了使用Keysight 89600 VSA的典型的频谱测量。VSA还是频谱测量中强大的分析工具,因为测量可同时显示时间、频率、幅度和调制。矢量信号分析仪,如Keysight 89600 VSA与SDR具有许多相似之处,因为VSA软件可以配置成能对当前大多数无线标准的各种数字信令格式进行解调分析,这些无线标准包括WiMAX、移动WiMAX、802,11a/b/g、蓝牙、TETRA、W-CDMA/HSDPA、GSM/EDGE、1xEV-DO、cdma2000/1xEV-DV、TD-SCDMA、PHP、数字视频、IJWB和RFID。

6.0 矢量信号分析

VSA测量的强大能力来源于其拥有大量的解调器、滤波器、显示器和分析工具,这使它特别适用于评测和诊断SDR系统内部的调制信号。VSA使用所谓误差矢量幅度 (EVM) 的通用测量来表征已调信号的质量。EVM是参考矢量与实际接收到的信号矢量之差。误差矢量幅度EVM可使工程师将调制与测试设备中生成的已知“良好”调制进行比较。由于误差矢量幅度EVM提供许多类型的调制减损的综合归纳结果,故它是检测已调信号问题的理想选择。EVM提供一个方便的标准,可快速比较结构图中各点之间的信号退化。可以确定调制缺陷,并通过仔细考察EVM测量来找出它们的基本机理。EVM能够正确指出信号退化的位置,其精度比顶级环回BER测试高得多。为了测量EVM,矢量信号分析仪必须生成所需调制参考信号。参考信号由对输人波形调制并生成可与输入信号进行比较的理想信号来建立。从理想信号中减去测量信号便得到误差矢量。

Keysight VSA可为各种调制类型或其他变量(例如滤波速率和符号速率)提供EVM测量和其他标准。这包括许多常用调制格式,例如AM、FM\PM\QPSK\QAM和OFDM。

图6示出了一组解调QPSK信号的典型的VSA测量。左上方的显示是在时域复数恢复信号的矢量图。矢量图可用来快速观察信号是否被适当地调制。左下方的显示是表明EVM随时间变化的情况。为了从信号精确恢复到传输数据,误差仅与接收机所处符号时间相关,亦即某些EVM技术规范是怎样编写的。然而,研发或测试工程师可能最关心信号间的误差,因为它可能指明减损的根源,例如在SDR发射机的数字部分使用不恰当的基带滤波的情况。图6右上方的显示表明是误差矢量频谱。该频谱由对误差矢量时间迹线进行FFT算出。该频谱显示器可揭示无用信号的频谱内容,这些无用信号可驱使调制载波偏离其理想路径。如果那些误差分量是确定性的,则它们将以离散线状谱形式出现在误差矢量频谱中。

图6.典型的 VSA 解调测量

测量这些频谱可深人了解信号减损的属性和起源。右下方的显示是解调信号的汇总表。该表可能是最强大的数字解调功能。在这里可以看到已解调位和所有已解调符号的误差统计。通过查看 EVM 的 RMS 值,可快速评测调制精度。右下方的显示是已解调符号表和算出的误差参数表。注意,可根据用于测得的脉冲的峰值和 RMS 值算出 EVM 和幅度/相位误差。最大误差值包括出现误差的符号,这对寻找信号减损根源可能是一个很有帮助的结果。还可导出和显示其他复合误差参数,包括频率偏置、正交误差和 IQ 偏移。是德科技提供另一些应用指南,将帮助工程师对 VSA 的测量能力作深人了解.

7.0 多域中的矢量信号分析

尽管基本的数字逻辑和模拟分析对基带中的比特时序异常现象进行故障诊断非常有用,但它们无法深入分析这种信号的质量最终如何影响无线电传输的信号。VSA 软件工具和逻辑分析仪、示波器测量相结合,目前使用由多种高性能仪器所捕获的数据,已可以进行广泛范围的矢量信号分析。

接下来我们仍以前面图4所示出的SDR发射机为例,VSA 软件现已集成到所有三种测试仪器中,并在数字、模拟和射频域进行比较分析。图7显示了在三个域中使用同一矢量信号分析工具的矢量图,以及测得的每个信号 EVM 的 RMS 值。质量较高的信号有较低的EVM值。该图还显示了信号经过SDR发射机的各个域时EVM如何变化。在本例中可以看出,EVM在数字域和模拟域中分别为 0.4% 和 0.5%,但在射频域中,在功率放大器之后测量时,EVM则大幅度跃增至 5.0%。EVM的这种严重退化向工程师发出报警,在被测的模拟部分和功率放大器输出之间的某处存在故障。在本例中,经确定,在功率放大器之前 EVM 为 1%,进一步的分析表明放大器已进人压缩状态。重新设计输出放大器之后,EVM 降至 1.4%以下。通常信号在不同的域之间过渡时 EVM 会产生某些退化,但是 EVM 值的这种意外的巨大增加使工程师可以使用 VSA 工具查出具体的故障区域。需要注意的一个重要事实是,在多个域中使用共同的VSA工具会得出最好的可比较的分析结果,因为它们使用了共同的算法来确定参考信号和被测信号。使用不同的矢量信号分析设备(这些设备可能使用不同的软件算法)进行测量,可能会带来测量结果的不确定性。

图7· SDR 发射枧的结构图和多域中的 VSA 测量

图8 SDR 接收枧的结构冬和 ADC 前后的 VSA 频谱测量

图9.受带内杂散信号破坏的 QPSK 已调信号的矢量 (左) 和 EVM 频谱(右)

图 8 所示的是在信号域中使用 VSA 作为比较和故障诊断工具的另一实例。该图显示了直接在ADC 前后测试设备和 I 通道及 Q 通道之间的连接。在ADC的模拟一侧,对 VSA 软件进行配置,使用 Keysight 89600 软件提供的 C1+jC2 功能,以将两个独立的示波器测量通道按矢量方式加入到复数形式中。将这两种波形进行数学组合,可以作为一个理想软件调制器作用,将 I 和 Q 波形重新组合成已调信号。可使用所有的 VSA 工具对该重组信号进行检查。图 8 显示了对 ADC 输入端的已调频谱测量。频谱看起来是正确的,而且没有任何的近距杂散响应。下一步是测量两个 ADC 的输出频谱。在这种情况下,逻辑分析仪可用来探测离开 ADC 的数字总线。再一次将这些独立的 I 和 Q 通道重组到已调频谱中。图 8 显示了从 ADC 输出端获取的被测频谱。这次,在所需频谱附近显示出强烈的时钟杂散信号。这些时钟杂散如果没有在数字域进行恰当的滤波,便可能在位恢复过程引人误差。若没有先进的交叉格式诊断技术,这样的减损很难确实无误的予以识别。

在某些情况下,仅靠考察频谱响应很难确定信号质量。例如,图 8 左边的频谱图显示出没有任何显著带内和带外杂散信号的清晰响应。使用 VSA(如Keysight 89600)对该信号解调之后,EVM 值出乎意料地达到了 3.6%。对于待测系统来说,EVM 应该低于 1%,因此,需要进行其他的解调分析。检查矢量图,我们发现星座图点呈环形图案分布(如图 9 所示)。这种类型的分布表示杂散干扰。如果相加噪声是唯一的干扰,则星座点将呈随机分布。接下来使用EVM 频谱进行分析(如图 9 右边所示),发现偏离载波 11 kHz的杂散信号是造成高EVM值的根源。像这种通道内的杂散信号与已调信号相结合,很少非常强到足以在频域中被探测出来(如图 8 中的左图所示)。使用VSA提供的各种测量工具,如矢量图和EVM频谱,工程师们可在数字、模拟和射频域中进行故障诊断,并揭示其中的各种减损。

8.0 数字VSA

随着无线行业中越来越多的软件无线功能在数字领域中实施,ADC 和 DAC 离天线越来越近。最终,更多的测试和故障诊断都会使用逻辑分析仪来进行。信号格式模拟与数字之间的联系需要能正确解释来自数字总线的信号值。一些信号使用二进制补码编码,另一些信号则使用偏置二进制编码,每种编码都需要不同的解释。当将 VSA 分析工具直接应用到逻辑分析仪测量中时3,对信号格式正确解码同样非常重要。值得庆幸的是,现代的 VSA 工具(如 Keysight 89600 系列)可直接与逻辑分析仪系统软件连接,轻松设置编码格式。

在 SDR 设计中经常遇到的另一种需要考虑的信号格式是 I 和 Q 基带信号需要两个独立的测量端口,每个通道一个。使用多种测量适配夹来探测被测件,逻辑分析仪可进行多种总线测量。增加总线测量数量会增加必须要探测的输人和输出 (I/O) 针的数量,从而导致电路板尺寸和成本的增加。更重要的是,使用 FPGA 时,探测连接通常会非常复杂,因为很多想要连接的测试点都不会预留在芯片的外部。因为 FPGA 的 70 针通常是昂贵资源,所以调试时使用的数量相对较少。这限制了内部的可视性,在以前,要探测的每一个内部信号都需要一个引脚。为了测试不同的内部信号,必须修改和重新编辑 FPGA 设计,以将这些信号送到外部的可用引脚。这是一个耗时的过程,也可能会影响 FPGA 设计的时序。所幸的是,使用动态探头分配工具,可以将内部测试点多路复用到共享的外部总线上。这种采用多路复用技术的工具是其他设计内核的一部分,如 Keysight Tracecore2 (ATC2),这已编译到 FPGA 设计中。

ATC2设计内核嵌入到FPGA设计中,并对每个外部引脚提供多达128个内部测试点的连接,而无需改变设计的内部时序。测试点可成排地布置,使 I和Q测试点之间易于快速切换。探测排可由逻辑分析仪的显示界面自动配置和多路复用。将ATC2设计内核、逻辑分析仪和VSA分析软件进行组合,便可对FPGA设计内部所有点的SDR数字基带的调制和频谱特性进行比较。

图 10 显示的是使用 FPGA 内部的 ATC2 内核来测量 IQ 调制器的性能的例子。这里,IQ调制器使用 25 MHz 数字 LO,完全在数字域中设计。向 FPGA 输入数据流时,调制开始,并使用符号编码器映射到 I 和 Q 波形。在这个例子中,输入数据已进行了随机处理、经过编码,并交织成预期的比特流格式。编码器将每个符号的合适信号电平映射到对选定调制类型所确定的 I和 Q 通道。在本例中,16-QAM 调制器是使用12位数字化开发的。 I 和 Q 波形进行过采样和滤波。过采样提高了采样率,因此可更有效地进行滤波和降低信号混叠。基带滤波用于对波形进行“脉冲整形”。图 11 显示了使用数字VSA测得的前滤波和后滤波矢量图以及频谱图。在调制和滤波处理的每个阶段中,使用ATC2内核检查]和Q信号,将 I 和 Q 总线多路复用到与逻辑分析仪的公共连接上。多路复用选择是通过JTAG连接由软件控制的飞当经滤波的 I和Q波形在25 MHz 数字 LO 上调制并组合时,16-QAM调制处理继续进行。图 11 还显示了工作在 25 MHz IF 频率上的 16-QAM 调制器得到的最终输出。在完整的软件无线电设计中,该波形将传送至DAC,以转换到模拟域。

图10 .C2嵌人式内核作为FPGA数字调制器设计的一部分

图11.测得的数字调制器矢量和频谱

9.0 软件定义无线电(SDR)的信号生成工具

图 12 矢量信号发生器和数字信号接口模块与SDR发射机的连接

数字无线电,确切地说是 SDR 推动了信号生成测试设备的发展。十年前,随着数字无线电通讯技术的推广应用,信号发生器已经能够生成定制的和基于标准的数字调制信号。这些基本的矢量信号发生器用于建立射频和中频调制波形,这些波形可加到数字无线系统的发射机和接收机通道内的各个点上。矢量信号发生器使用内部基带波形发生器或任意波形发生器 (AWG) 来建立加到内置 IQ 调制器上的测试信号。使用 AWG 建立波形时,通常会建立 I 和 Q 采样波形,并下载到 AWG 的存储器中。基带波形可从发生器的前面板直接建立,或使用Keysight Signal Studio , Keysight先进设计系统 (ADS) 或 Mathwork 公司的MATLAB@等软件设计工具建立。基带模拟的I 和Q波形通常由信号发生器提供,以便直接驱动外部调制器的 I和Q端口或驱动接收机子系统中的ADC。现代发生器的多功能性可以对数字无线电中的部件和子系统进行分析和故障诊断。图 12 显示了矢量信号发生器和数字无线发射机之间的几种射频和模拟连接。图 13 显示了与数字无线接收机的类似连接。

图 13 矢量信号发生器和数字信号接口模块与SDR接收机的连接

当测量软件定义的无线电的性能时,信号发生器能够将测试信号加到数字子系统是非常重要的,最理想情况下是使用射频和中频域中所用相同基带波形进行工作。对于这些较新的SDR应用,测试设备制造商已经添加了一些辅助的工具来扩充矢量信号发生器的能力。例如,当测试与 DAC 的数字信号接口时,接口模块(如Keysight N5102A)被连接在矢量信号发生器和DAC 输入端之间(见图12)。接口模块可用作驱动DAC的信号源。该技术在实际FGPA和DSP子系统开发之前能对其他无线电组件进行分析。接口模块还可捕获来自发射机的FPGA的数字输出,并将此数据传输到矢量信号发生器,供上变频到射频和中频频率。这种方法能对数字基带子系统进行测试,而无需设计发射机的中频和射频部分。在这种情况下,使用矢量信号发生器的完全校准的射频路径作为实际SDR发射机前端的替代物,以此来充当发射机。通过直接将理想测试信号应用到接收机的FPGA输人端,类似的方法可用来测量接收机的数字子系统性能。在该应用中,数字接口模块用于建立测试图形,以仿真在受控情况下的真实数字化信号(见图13)。 相关阅读:

10.0 仿真工具和仪器连通性

随着硬件开发转向软件开发,软件定义无线电的特性正在改变设计过程。使用强大的仿真工具进行快速设计和验证,可节省宝贵的时间和资金。Keysight 先进设计系统 (ADS) 和Mathwork 公司的 Simulink 等仿真工具,包含电路级的广泛程序库和系统级模型,其范围从数字和射频部件到通信和信号处理模块,以及大量的通道模型。

这些先进的仿真工具可以将测试设备和软件仿真工具直接连接,从而在硬件和软件之间建立连接。Keysight 将这种硬件和软件之间的连接称为“连接解决方案”,它将测试工具集成到 ADS 仿真工具中,从而使硬件和软件两个领域能够共用信号、测量、算法和数据。连接解决方案可用于建立来自现有部件的测量结果的仿真模型,也可用于确定部件和子系统是否会在系统中工作,而无需构建全硬件系统。这些解决方案还可用于建立器件的测试信号,这些信号包括在部署系统时存在的实际信号减损。

图 14 给出了连接解决方案的一个实例。图中显示了用于设计 SDR 发射机的ADS模型,其中,驱动模型的输入源来自实际基带波形。可从逻辑分析仪、示波器或 VSA 捕获实际基带波形。或者,ADS 工具可协同仿真建立基于 FPGA 波形的 HDL 代码,而无需在仪器上捕获波形。ADS 还可利用ADS环境中的双向协同仿真能力与 MATLAB@模型和工具相连。在分析方面,ADS 可与作为嵌入式测量工具的 89600 VSA相连。这种连接能在ADS仿真中进行高电平调制分析。89600 VSA软件,不管是嵌入到软件仿真中还是在多个仪器平台的其中一个仪器中运行,都可以在SDR系统的设计和故障诊断周期内提供一致的分析。

图 14.对矢量信号分析仪 (VSA) 应用和嵌人式 VSA 软件的“连接解决方案”的ADS发射机模型。图中还展示了在 ADS 中运行 MATLAB@ 和HDL的协同仿真能力。

图15.矢量信号发生器的 ADS 连接解决方案, 可建立 Rayleigh 衰落损害的 RF 波形。该波形加到 SDR 接收机上以讲行性能测试。

连接解决方案还存在于软件仿真器和矢量信号发生器之间。图 15 给出了使用ADS来建立来自SDR发射机(通过Rayleigh衰落信道)的调制波形。然后,将衰减信号的仿真波形下载到任意波形发生器,例如Keysight 矢量信号发生器的内部 AWG。衰落信号现在实际上是由信号发生器建立,并应用于实际的接收机硬件。此相同技术还可使用Keysight N5102基带模块来生成基带波形。

将软件仿真工具与 SDR 设计过程联系在一起,便能使软件开发人员和硬件工程师双向共享信号、测量、算法和数据,从而加快故障诊断,并优化 SDR 系统性能。


作者:mysy2001 分类:通讯技术 浏览:186 评论:0
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