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多通道通信环境模拟系统

多通道通信环境模拟系统

1.概述

  本系统采用软件无线电的思想,核心架构为总线结构,由多部通用软件无线电平台、存储单元、时钟同步模块、天线等组成,使用计算机软件对整个系统进行控制。计算机负责下达指令,将准备发射的信号在基带进行处理后搬移到中频,传送相应的软件无线电平台;总线控制系统管理各个模块,负责给软件无线电平台提供行动指令和传送数据;存储单元用于存放信号记录设备采集的各种信号样本;软件无线电平台用来执行计算机传输的各种指令,进行上变频、信道模拟,将信号由中频搬移到射频。生成的信号通过射频端口输出,通过天线辐射出去。

  系统基于灵活的软件无线电平台,以测控行业标准PXI Express平台为核心,结合2台USRP-2943R、2台USRP-2940R软件无线电产品,共计提供8个射频信号发生通道,单通道带宽可达40MHz,可以支持8通道射频输出同时输出高达20MHz带宽的射频信号,也可各通道不同带宽采样率输出,但共计不超过3.2GB/S的数据吞吐量。

  系统硬件及软件中考虑了扩充和接口,用户可以方便进行硬件升级和软件二次开发。

2 系统方案

2.1 系统架构

  系统采用模块化软件无线电平台,具有灵活的架构,可方便的增加系统天线数量而不用对软件系统、硬件系统做大的变更。



 

2.2 系统软件功能

  在PXI Express总线架构的基础上,使用LabVIEW图形化编程软件进行设计,要求具有信号产生、信号损害的功能,其功能结构框图如图1所示。



 

磁环境模拟软件功能结构框图

  使用LABVIEW对整个系统来模拟通信电磁环境,实现各仪器和模块的自动控制,通过软件,可进行仪器设备内部输入参数的设定,读取和存储仪器的输出参数,监控输入输出量。整个过程主要分为信号产生和信号损害两部分。

  信号产生部分,主要对每个USRP进行一些基本参数的配置,比如载波频率、天线端口、IQ速率、增益、文件路径等,将记录的IQ文件或者库存的信号样式不失真的输出在制定载波频率上。

  信号损害部分,在信号产生的基础上,对信号施加上各种损害,以模拟信号在各种传播环境下的衰减、延迟、多径等效应。其中,由于信道模型需要在FPGA上实现以保证实时性,承研方不负责提供信道模型在FPGA上的实现,要求用户自己提供FPGA端模型代码,可以是VHDL实现的IP核,或者LabVIEW FPGA实现的代码,通过LabVIEW FPGA加入到承研方提供的源代码中实现该功能。

3 系统主要技术指标

  系统包含8个射频信号发射通道,每通道输出信号模拟带宽可达20MHz,可以输出多个不同种类的射频信号源。信号的来源支持外部实地采集的电磁信号,或者通过仿真软件生成的数据。

  表1 系统技术指标

  序号

  指标项

  值

  1

  射频输出通道

  8

  2

  频率范围

  50MHz-6GHz

  3

  调谐步进

  小于1KHz

  4

  单通道带宽

  40MHz

  5

  8通道并行使用带宽(实时连续输出)

  不低于20MHz

  6

  调谐步进

  小于1KHz

  7

  无杂散动态范围

  ≧50dB

  8

  输出接口

  同轴SMA

  9

  单边带相位噪声

  典型值:-70dBc,+10dBm时小于-30dBc

  10

  输出功率

  最大10dBm

  11

  输出功率分辨率

  0.1dBm

  12

  输出增益

  0-31.5dB

  13

  频率精度

  2.5ppm

  14

  DAC分辨率

  16位

  15

  系统带宽

  3.2GB/S

  16

  CPU

  Intel 至强E5-2618L v3处理器

  17

  内存

  8GB

  18

  存储容量

  3.5TB

4 系统外观