新一代基于软件无线电结构的RF仪器应用

概述

美 国keithley公司采用前沿数字与射频技术实现了灵活的软件无线电结构(sdr)架构，该架构具有高性能、低成本特性。

sdr架构

sdr定义为使用软件进行无线信号调制解调的无线通信系统，它允许宽范围、多种信号的应用与接收。其发射波形通过软件转化为数字信号，经数模转换与上变频后，传输至rf前端后放大；其接收波形经过放大和下变频至if后，利用软件对其进行数字化和解调（如图1所示）。相对于传统设计，sdr具有更高的灵活性与更低的成本。

sdr的基本原理是以软件控制的数字电路替代模拟电路。在sdr架构中，传统意义上应由模拟电路实现的下述功能转为数字硬件执行，包括：频率发生与转换、调制与解调、滤波、i/q检测。此外，sdr还包含能改进无线电性能的独特的数字功能项，包括：能扩展无线电的动态量程与波形校准，从而改善调制精度的内插法与抽取法，通过消除已知的模拟失真特性，使调制信号接近理想信号的波形预校正等。

用于实现上述功能的装置，包括：信号发生装置，dac、adc及dds；信号调制装置，dsp、ddc/duc、fpga、asic及通用处理器（如pentiums或 powerpc）。

比较使用通用目的的硬件与全软件信号调整，由系统开发与性价比看，软件开发的效果远好于使用通用目的硬件。在通信工业的巨大推动下，高性能的处理器件支持更多的通信标准，从而使sdr架构具有更高的性价比。

sdr架构的价值与意义

成本权衡

当目标客户需要支持众多的不同通信标准，则通过使用相同元件实现多功能的sdr架构具有更高的性价比；而对于只使用一个标准的应用，传统设计则更具优势。

灵活性

就灵活性而言，sdr的优势显而易见。具体表现在两个方面：其一，单一硬件能被设计用于适合不同的通信标准，如多标准蜂窝基站、军事通讯。其二，sdr允许新功能的直接升级，如gsm到gprs、is95 到cdma2000基站。

上市时间

因为sdr系统建立了信号调整能力的装置，因此加速了上市时间。

model 2810/2910新一代rf仪器

model 2810矢量信号分析仪（如图2左所示）与model 2910矢量信号发生器（如图2右所示）是keithley公司生产的基于sdr架构的新一代rf仪器，它们采用了相同的控制与软件前面板。

model 2810矢量信号分析仪与model 2910矢量信号发生器采用图3所示的数字电路结构。设计中繁重的信号调整由ddc、duc与dsp完成，dsp选用具有最佳性价比的500mhz器件，ddc、duc是16位160mhz四通道器件，每通道可通过软件编程进行上下转换。动态存储器选用快速、大容量器件。输入到adc的中频信号频率为100mhz到200mhz，由dsp完成i/q调制。dac在信号发生器的rf前端有两个i/q调制输出，在设计中，fpga主要用于发送信号并提供部分实时信号如触发信号，而主处理器则用于实现用户接口。

model 2810/2910软件结构包括三个基本层：用户接口层、无线电应用与硬件管理层。用户 接口层：由主cpu运行，主要负责用户与前面板或接口的交互；无线电应用与硬件管理层由dsp编码完成，dsp具有专署的内部编程环境。在软件中，通过编码实现两个层的分割，编码的分割有利于提高处理效率。

gsm应用实例

图5给出了gsm应用实例，gsm信号产生和测量具体步骤如下：主cpu接受命令发起、产生gsm信号，命令源自gui或远控接口命令。描述波形的数据包含在小的文本文件中，文件的内容通过用户接口产生或通过远程接口下载，一旦描述产生它将存储为一个文件，这个文件信息包含了活动的时隙和每个时隙的数据。

而后数据文件传送到dsp，dsp根据无线电应用层获取波形描述数据，产生i/q波形数据，并备份波形到dram中，同时dsp为波形数据设置数据路径：数据将从dram传输到duc再至dac。在此过程中，fpga负责控制每个时间的发送。此时duc上变频到50mhz，而后dac上变频到400mhz。这些数据在射频前端被信号滤波器整形，最后gsm输出到射频前端。

dsp接收部分：首先，主cpu在前面板或远控接口接收一个gsm测量命令，而后cpu发送测量命令至dsp，dsp设置数据路径，采集测量数据并实现下变频。此时，数据从adc传输到ddc再至dram。最后由dsp完成gsm测量，包括相位误差及频谱等。其中所有测量均采用同一组数据完成，从而减少了测量时间。

通过gsm应用实例，不难发现使用sdr架构的两个关键优势在于：首先，它允许设计人员改变性价比去满足客户需求，即在较低的价格下保证性能水平或在同样的价格下实现性能提升。其次，可极大改善测量时间，包括：装置设置与响应时间、仪器设置时间、信号采集时间及数据处理时间。在理想情况下，客户的测量时间将只受dut而非测量仪器的限制。

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