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