基于NI PXI技術的無線電接收機技術簡介
加入技術交流群
ni射頻信號分析儀pxi 5660并非傳統(tǒng)的頻譜分析儀，而是一個高性能的軟件無線電平臺,基于ni pxi技術的無線射頻接收監(jiān)測系統(tǒng)具有更好的可擴展性和靈活性
本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/20875.htm概述
無線射頻接收機是一個監(jiān)測系統(tǒng)，它負責從天線上接收射頻能量，然后把信號頻率降到數(shù)字化儀可接收的范圍內(nèi)進行采集，隨后就可以對信號進行諸如掃頻、頻譜分析、功率計算、調(diào)制和解調(diào)參數(shù)分析的操作。一個無線監(jiān)測接收系統(tǒng)的主要指標應該包括：動態(tài)范圍、靈敏度、本底噪聲、解調(diào)模式等。本文將詳細介紹ni rf產(chǎn)品的功能及特點。
ni射頻架構綜述
ni的射頻架構基于虛擬儀器技術的概念，它包括：高性能的模塊化硬件（射頻信號分析儀pxi 5660、射頻信號發(fā)生器pxi 5670）以及高靈活性的軟件架構（labview、頻譜分析工具包、信號調(diào)制解調(diào)工具包）（見圖1）。由于pxi平臺是基于pc技術的，用戶完全可以利用pc技術的高速發(fā)展，例如高速的cpu、大容量的內(nèi)存、高分辨率的顯示器等。除此之外，pxi平臺還增加了專為測試測量應用定制的定時和觸發(fā)總線，并具備堅固性、低功耗、電磁兼容性等特性。pc技術允許用戶使用通用的操作系統(tǒng)和靈活的軟件架構。用戶可以使用labview圖形化編程環(huán)境和調(diào)制解調(diào)工具等附加工具包來開發(fā)不同的應用程序。
圖1 ni的射頻架構 pxi 5660的架構
pxi 5660 是一個基于pxi技術標準的射頻信號分析儀。它具有模塊化儀器的架構，其中包括一個寬帶射頻的下變頻器、一個高純度的中頻數(shù)字化儀和進行頻譜測量和調(diào)制解調(diào)的軟件工具包。
采集一個射頻信號包括兩個步驟：下變頻和數(shù)字化。
下變頻模塊pxi 5600擁有20mhz的實時帶寬，可以把信號頻率下變頻到以15mhz為中心頻率、范圍在5～25mhz之間。
數(shù)字化儀模塊pxi 5620擁有一個高速的adc和板上的硬件處理能力。它由一個14位的64 msps的adc和一個數(shù)字下變頻集成電路組成。這個數(shù)字下變頻芯片可以進行實時批處理，并將任何20mhz帶寬的信號降頻到基帶信號，這對于捕捉無線通信的信號來說是非常理想的。同時，下變頻集成電路也可以從頻譜中產(chǎn)生復雜的i/q數(shù)據(jù)。數(shù)字化儀模塊包括了專為數(shù)據(jù)傳輸設計的具有ni專利的高速minimite 集成電路。minimite通過dma方式將數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)街鳈C的內(nèi)存上，從而釋放主機cpu以進行數(shù)據(jù)的分析、顯示和通信任務（見圖2）。
圖2 pxi 5660 硬件架構 下變頻模塊首先對任何一個3ghz范圍內(nèi)的信號進行用戶可選擇的衰減，然后進入升頻階段。得到的信號再經(jīng)過一個諧振濾波器，這是為了在信號進入多級的降頻模塊前濾去鏡像抑制。經(jīng)過降頻的信號以5～25 mhz的中頻信號輸出。下變換器使用一個高穩(wěn)定度、高精度的恒溫晶體振蕩器來驅動其他的系統(tǒng)時鐘并提供±50 ppb 的頻率精度。
為了能夠用在pxi中，ni使用了一個微型高性能的、基于yig的晶體振蕩器為高頻的升頻階段產(chǎn)生本振信號。yig代表釔鐵石榴石材料，它是組成晶體振蕩器中諧振腔的基礎，yig晶體振蕩器可以產(chǎn)生非常純的高頻信號。雖然yig晶體振蕩器在尺寸上可以改變，但往往還是占很大面積，而ni 5600在這個領域使用了突破性的技術，設計使用了非常小的yig晶體振蕩器。yig的頻率帶寬也是可調(diào)的，允許用戶調(diào)節(jié)到他們想要的頻率范圍內(nèi)。
pxi 5660精確的頻率調(diào)節(jié)和多級的架構保證了其寄生響應（spurious response）遠低于傳統(tǒng)儀器的動態(tài)范圍。
ni rf解決方案的優(yōu)勢
頻譜分析儀 vs 矢量信號分析儀
ni定義的rf解決方案是一個軟件定義的系統(tǒng)，它可以根據(jù)用戶的要求通過軟件來定制測量硬件的功能，因此，ni 5660就是我們熟知的軟件無線電平臺。它既可以作為一個高性能無線接收器（正如用于射頻監(jiān)測的儀器），也可以作為一個矢量信號分析儀（如用于射頻信號測量應用的儀器）。 傳統(tǒng)的頻譜分析儀使用一種叫做“掃頻調(diào)諧”的方法。rf前端有一個混頻器，把rf輸入和一個頻率十分接近所需rf頻率的可調(diào)振蕩器進行混頻?；祛l器是一個模擬乘法器，在輸出端產(chǎn)生和頻和差頻信號。頻率較高的和頻信號由檢波器輸出端的一個濾波器進行濾波；頻率較低的差頻信號則輸出給檢波電路。檢波器的輸出由一個低速的adc轉化為數(shù)字信號?；祛l器和低通濾波器由可調(diào)振蕩器驅動組成一個可調(diào)濾波器?；祛l器輸出端的低通濾波器的帶寬決定頻譜顯示時頻率軸的頻譜分辨率。
矢量信號分析儀是一個寬頻的儀器。它不需要對一個模擬濾波器進行掃頻用來顯示頻譜，而是對所選擇的頻譜塊對應的時域信號進行數(shù)字化，因此得出的頻譜會包含相位信息。所有的頻率同時被一個寬頻的濾波器進行捕獲，然后進行復雜的fft運算，而不是像頻譜分析儀用窄帶濾波器和電壓計對它們依次進行捕獲。
ni pxi 5660和大多數(shù)頻譜分析儀最大的區(qū)別之一就是pxi 5660可以是一個矢量信號分析儀。這意味著用戶可以同時采集大量的20mhz帶寬的頻譜信號。矢量信號分析儀的優(yōu)勢在于：
在相同時間內(nèi)采集更多的數(shù)據(jù)，使得基礎測量要快很多；
在很寬的帶寬下數(shù)字化的信號包含頻率信息； 對數(shù)字化的信號（幅度和相位）進行fft計算。
pxi平臺的優(yōu)勢
pxi是pci extensions for instrumentation的縮寫。pxi的主要優(yōu)勢在于它利用了已經(jīng)驗證的符合工業(yè)標準的技術。pxi建立在高速的compactpci總線基礎之上，并加入了類似vxi所具有的定時、觸發(fā)和同步功能。為了便于集成，pxi采用了開放的軟件標準，其中包括通用的操作系統(tǒng)，即插即用的驅動和網(wǎng)絡技術。
表1 頻譜分析儀和矢量分析儀的詳細比較 表2對當今主要的測試平臺gpib、vxi、pci和pxi 的一些重要參數(shù)進行了比較。pxi利用了pc平臺的尺寸、價格和總線速率的優(yōu)勢，并配之以gpib和vxi作為儀器規(guī)范的特性，使得用戶能夠同時擁有這兩方面的強大優(yōu)勢。
表2 gpib、vxi、pci和pxi總線的比較 回首過去幾年pxi和vxi的市場占有率，vxi幾乎一直維持相同的市場占有率，而pxi則增長迅猛，并于2002年超過vxi的市場占有率。行業(yè)專家預測這樣的增長將繼續(xù)維持下去。pxi系統(tǒng)聯(lián)盟持續(xù)擴大其成員隊伍，目前已有68家成員公司。
綜上所述，和vxi相比，pxi具有更快的總線傳輸速率（132mb/s vs 40mb/s）、更小的體積以及更好的性能價格比。此外，因為借助于pc技術，pxi將會根據(jù)業(yè)界最先進的技術（如pci express）來不斷更新其產(chǎn)品，相反，vxi則已經(jīng)停止了其主要技術的更新。而且，得益于ni軟件的靈活性和不斷更新的模塊化硬件，用戶可以最少的投資隨時升級整個測試系統(tǒng)。如此優(yōu)良的擴展性，靈活的軟件架構使得基于pxi的系統(tǒng)集成變得更加容易。因此，pxi總線正在逐步取代vxi總線成為測試測量行業(yè)的最新總線標準。
總結
ni射頻信號分析儀—pxi 5660并非傳統(tǒng)的頻譜分析儀，而是一個高性能的軟件無線電平臺（同時可以實現(xiàn)無線電接收機、頻譜分析儀和矢量信號分析儀的功能）。和傳統(tǒng)的無線電監(jiān)測接收機相比，ni基于pxi的射頻系統(tǒng)具有更好的可擴展性和靈活性。利用強大的圖形化編程語言labview，無線射頻接收監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)從傳統(tǒng)上硬件定義系統(tǒng)功能的儀器跨入了一個新的時代：軟件無線電，它在高性能硬件保證信號低失真數(shù)字化的前提下，充分發(fā)揮軟件平臺和計算機處理器的強大優(yōu)勢，實現(xiàn)諸如解調(diào)、參數(shù)計算、閾值監(jiān)測等各種功能。
評論