基于NI PXI技術(shù)的無線電接收機技術(shù)簡介

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(shù)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

概述

無線射頻接收機是一個監(jiān)測系統(tǒng)，它負責(zé)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(biāo)應(yīng)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(gòu)綜述

ni的射頻架構(gòu)基于虛擬儀器技術(shù)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(gòu)（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(shù)的，用戶完全可以利用pc技術(shù)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(yīng)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(shù)允許用戶使用通用的操作系統(tǒng)和靈活的軟件架構(gòu)。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(yīng)用程序。

pxi 5660 是一個基于pxi技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的射頻信號分析儀。它具有模塊化儀器的架構(gòu)，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(fù)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(shè)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(wù)（見圖2）。

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(chǔ)，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(lǐng)域使用了突破性的技術(shù)，設(shè)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(gòu)保證了其寄生響應(yīng)（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(yīng)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(zhuǎn)化為數(shù)字信號?；祛l器和低通濾波器由可調(diào)振蕩器驅(qū)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(yīng)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(fù)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(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)。pxi建立在高速的compactpci總線基礎(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)，其中包括通用的操作系統(tǒng)，即插即用的驅(qū)動和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

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(shù)，pxi將會根據(jù)業(yè)界最先進的技術(shù)（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(shù)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(gòu)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(biāo)準(zhǔn)。

總結(jié)

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。