基于软件无线电的ADC采样与射频系统评估验证

论文总字数：31093字

摘 要

信号采集系统是获得信息的重要途经，传统的信号接收器分为两大类别，软件实现和硬件实现,软硬件各有优势也有缺点，如何将二者的长处相结合而最小化其短处，“软件无线电”这一概念的诞生解决了这一问题。“软件无线电”是一种无线通信技术，以往需要通过硬件例如滤波器、放大器、调制解调器等实现的功能现在可以通过现代化软件来实现。

在本课题中我们就采用软件无线电的设计思路，采用新型Xilinx FPGA硬件系统平台KC705进行开发，配合AD9364射频模数转换器，设计一套射频信号采集系统。我们利用ADI官方网站给出的内核源码和根文件系统创建嵌入式Linux系统内核映像文件，在Vivado中设计FPGA逻辑电路并生成系统顶层bit文件，上述文件用来启动整个系统，把Kintex-7作为系统核心对FPGA内嵌可编程逻辑阵列进行逻辑设计并运行嵌入式Linux系统，然后使用AD9364作为射频信号接收设备，射频信号采集系统设计完成。

为了验证系统的实用性，我们对射频模块的部分基础参数进行了测试及评估得出结论：本系统表现出较好的性能。

关键词：信号采集；软件无线电；KC705；AD9364；嵌入式Linux；

ABSTRACT

Signal receivers play an important role in many fields. There are two traditional ways to realize signal acquisition, software implementation and hardware implementation. Software and hardware have their own advantages and disadvantages. How to combine the strengths of these two to minimize their shortcomings, the concept of "Software Defined Radio" solved this problem."Software Defined Radio" is a wireless communication technology that has previously been implemented through hardware such as filters, amplifiers, modems, etc., now available through modern software.

In this project, the design idea of “Software Defined Radio” is adopted, and the new Xilinx FPGA hardware system platform KC705 is used for development. With the AD9364 RF analog-to-digital converter,we construct a RF signal acquisition system. We create the embedded Linux system kernel image file using the kernel source code and root file system provided by the official website of ADI, and design the FPGA logic circuit in Vivado and generate the system_top bit file. The above file is used to start the whole system and the Kintex-7 is used as the core of the system to design the embedded programmable logic array logically and runs the embedded Linux system. The AD9364 is used as the RF signal receiving device, and then the RF signal acquisition system is designed.

 In order to verify the practicability of the system, we tested and evaluated some of the basic parameters of the RF module. It was concluded that the system showed good performance.

KEY WORDS:Software Defined Radio;KC705;AD9364;Embedded Linux;Signal Acquisition

目 录

摘要Ⅰ

AbstractⅡ

第一章 绪论1

1.1引言1

1.2软件无线电平台发展及现状1

1.3全可编程开发板与高性能射频模块的组合设计2

1.4本文的研究目的和主要内容2

第二章 系统架构4

2.1 KC705硬件平台4

2.2射频模块AD93646

2.3嵌入式Linux7

2.3.1构建Linux内核映像8

2.3.2创建系统顶层文件9

2.3.3嵌入式Linux系统架构9

第三章 系统开发10

3.1 嵌入式Linux系统启动10

3.2 FPGA硬件逻辑电路设计12

3.2.1配置MicroBlaze13

3.2.2 AXI总线13

3.2.3 FIFO和组帧解帧模块14

3.2.4 DMA模块14

3.2.5 整合FPGA设计15

3.3 建立动态链接库16

第四章 射频模块的配置与数据的获取与处理17

4.1 射频模块AD9364的配置流程17

4.2 AD9364的配置与IIO示波器17

4.3 网络数据后端访问21

4.4 信号采集程序及数据的后续处理23

第五章 系统性能测试和评估25

5.1 正交采样理论25

5.2 AD9364测试评估26

5.2.1接收信号强度指示（RSSI）26

5.2.2输入回波损耗（S11参数）27

5.2.3接收器增益最大值28

5.2.4接收器噪声系数29

5.2.5接收器本振泄露29

5.2.6接收器正交增益误差30

5.2.7接收器调制精度（EVM）30

5.2.8发射器最大输出功率31

5.2.9发射器载波泄露32

5.2.10发射器本底噪声32

5.2.11总结32

第六章 总结与展望33

参考文献35

致谢36

第一章 绪论

1.1引言

传统的射频信号采集系统分为软件实现和硬件实现，软件实现的方式主要为虚拟仪器实现^[1]，虚拟仪器具有良好的灵活性和可移植性，但对于某些特定的硬件平台，则很难达到信号采集的实时性和数据完整性，甚至可能因为延迟而导致数据的丢失，对于数据分析方面来说，软件实现作用很大；而硬件方式与之相反，具有良好的实时性和稳定性，但同时不可移植且灵活性差，数据采集方面，硬件实现有很好的应用价值。如何将软件实现和硬件实现的长处结合起来，“软件无线电”提供了思路。

“软件无线电”是由约瑟夫·米托拉·三世创造的^[2]，用于表示从硬件设计主导的无线电系统向主要功能为软件定义的系统的转变。软件无线电并没有单一的、统一的、全球辨识的定义。这个领域内的参与者之间存在着细微的差距，除了必要的软件无线电的架构外，一系列相关部件也被各种程度地应用。经过技术的发展，软件无线电现在是利用一个开放式、标准化的通用硬件平台，通过可编程软件来实现不同的功能。

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