2.系統實現

采用以GPP(General-Purpose Processor，通用處理器)為基礎的體系結構，直接用工控機進行數字信號處理。對于這種無線電系統，從實體上無法觀察到一個真正的電臺，它完全從軟件角度解決無線電通信問題。由于通用機不是一個實時的同步系統，不適于嚴格定時采樣信號的實時處理，只能通過中斷來保持一定的同步。但是因其開放性、靈活性、可編程性和人機界面方面的優勢，較接近理想的軟件無線電，也更適于測試、教學和研究。

系統選用流水線形式進行連接，與信號流方向一致，具有很高的效率，時延短，處理數率高，可以一定程度上彌補GPP信號處理速度慢的不足。但是由于各模塊之間采用實際電路互聯，模塊間耦合緊密，獨立程度不高。如果系統功能改變，需要增加、去除或修改某一模塊，牽扯到相應的模塊變動，甚至總體結構的改變。因為設計目的是針對測試系統信號源的測試和校準，信號相對固定，不需要頻繁變動，所以選用流水式結構，結構框圖如圖2所示[7]。信號的產生和處理由工控機完成，任意波形發生模塊（Arbitrary Waveform Generator，AWG）實現波形輸出（高頻時需要用到數字上變頻卡），如果做無線發射和接收時需要附加天線和射頻放大器。信號的采集和數模轉換由凌華科技PCI-9846高速數字化儀完成，轉換結果可以實時顯示，也可以保存成波形文件以便后續處理。

圖2 系統框圖

2.1 信號源

中頻信號用PXI-5421產生。這是一款可進行板載信號處理(OSP)的任意波形發生器，具有16位分辨率和-91 dBc封閉式無寄生動態范圍(SFDR)，可為要求數字上變頻和基帶插值的應用提供儀器質量標準。作為一款功能齊全的AWG，PXI-5421還能夠生成通用的電子測試信號，其較大輸出范圍為12Vpp，50Ω電阻載荷，較高頻率43MHz[8]。上變頻卡采用NI PXI-5610，其內有2.7 GHz上變頻器，具有高實時帶寬和穩定的時基，其精度可達±50ppb。在射頻生成應用中，與模塊化函數發生器緊密集成，可產生頻率范圍50kHz到2.7GHz的信號，可調增益范圍130dB[9]。PXI-5421產生高頻VOR信號送至PXI-5610做上變頻處理，變頻到需要的甚高頻波段。

PXI板卡安裝在NI PXI-1402控制箱內。采用NI PXI-PCI833x 套件，可使用通過銅纜連接的完全透明的MXI-4網絡在計算機上控制PXI模塊。MXI-4通過在PCI-PCI高帶寬連接上搭建橋路，通過計算機的PCI接口對PXI系統進行遠程控制。

2.2 數據采集

用凌華科技PCI-9846高速數字化儀完成數據采集。凌華科技PCI-9846是具有40MHz采樣頻率的16位4通道數字化儀，專為高頻率、大動態范圍信號設計，較高輸入頻率可達20MHz。模擬輸入量程可以通過軟件設定為±1V或±0.2V，可選擇50歐輸入阻抗，以適應高速、高頻信號。裝有4通道高線性16位A/D轉換器，可以理想地適應諸如雷達、超聲波及軟件無線電等大動態范圍信號。

配合高達512MB的板載內存，PCI-9846可以記錄更長時間的波形而不受限于PCI總線的傳輸速率。數字化的信號數據在傳輸到主存儲器以前先被存儲到板載內存。數據傳輸采用SG-DMA(Scatter-gather Direct Memory Access，分散－聚集直接內存讀取）方式，可以提供更高的數據傳輸率，并可更有效的利用系統內存。如果數字化儀的數據傳輸速率低于可用的PCI總線帶寬，PCI-9846還設有一個板載取樣點先進先出存儲器，以實現繞過板載內存而實時直接將數據傳輸到主機內存。

PCI-9846具有靈活的觸發選項，包括軟件觸發、外部數字觸發、任意模擬通道的模擬觸發以及PXI總線觸發。多樣的觸發方式使其更適應需求。后觸發、延遲觸發、前觸發及中觸發模式可以采集觸發事件附近的數據。PCI-9846也可以重復觸發采集，以便對極短時間間隔的多個數據段進行采集。PXI背板提供的多種觸發選項使PCI-9846可以簡便地實現多模塊同步。利用PXI觸發總線，PCI-9846可以在設置為“主”時向PXI觸發總線輸出觸發或時基信號，在設置為“從”時從PXI觸發控制槽接收觸發或時基信號。PXI背板提供精準的10MHz信號也可以用作一個時基信號源。

PCI-9846包含一個精確的低溫度漂移板載基準。這不但可以提供一個穩定的校準源，亦能保證在較大溫度變化范圍的數據采集穩定性。自動校準過程通過軟件完成，不需要任何手動調整。一旦校準過程完成，校準信息將被存儲在板載EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，電可擦除可編程只讀存儲器)，需要時校準值可從板上加載。[10]

2.3 軟件部分

LabVIEW是NI（National Instruments，美國國家儀器公司）的創新軟件產品，其全稱是實驗室虛擬儀器工程平臺（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench），是一款基于G語言（Graphics Language，圖形化編程語言）的測試系統軟件開發平臺[11]。信號產生、數字化儀調用和數字信號處理在LabVIEW2010環境下進行。

由于機器性能有限，程序分為產生、采集和處理三部分。根據信號建模的結果（參考“1.3 合成信號”），計算得出波形數據并保存到文件。在波形的產生程序中，先把波形數據讀出并寫入任意波形發生器，調用其產生所需要的信號。調用DAQPilot相關模塊控制數字化儀進行信號采集，并存儲到文件以便后續調用。解調程序調用此波形文件，進行相關解調及運算，完成信號分析。信號的產生與采集程序框圖如圖3所示，解調和運算程序框圖如圖4所示。

圖5 綜測儀前面板

結論

軟件無線電技術目前在軍用、民用通信領域已經有廣泛的應用。基于此技術的測試設備因為其開放性和靈活性，比傳統設備有更加廣闊的應用前景。而數字化儀正是實現模擬信號向數字信號過渡的關鍵。經驗證，凌華科技PCI-9846高速數字化儀安裝簡便，操作界面人性化，可以在LabVIEW環境下方便地調用，勝任復雜模擬信號的準確采集和模數轉換，并能存儲成波形文件便于后續調用。限于技術水平和電腦性能，不能做更高頻率的采樣和信號處理實驗，有待今后工作中繼續研究改進。

參考文獻：

[1] 董勤鵬，熊華鋼，基于某航空電子設備的自動測試系統設計與實現,現代電子技術[J]，2008，21，146-149；

[2] 呂毅清，新一代的航空電子自動測試設備，國外電子測量技術[J],2000，1，8-11；

[3] 百度百科. 軟件無線電[OL]. [2010.11.27]. http://goo.gl/lKi0D.

[4]  董勤鵬, 熊華鋼,基于某航空電子設備的自動測試系統設計與實現, 現代電子技術[J], 2008, 21: 146-149.

[5] 鄭連興，倪育德. DVOR VRB-51D多普勒全向信標[M]. 北京：中國民航出版社，1997: 8-15.

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[9] National Instruments Corporation,NI PXI-5610 2.7 GHz Upconverter [OL]. [2010.12.20]. http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/13478.

[10] ADLINK Technology Inc. PCI/PXI-9816/26/46 4-CH 16-Bit 10/20/40 MS/s Digitizer with 512 MB SDRAM User’s Manual. ADLINK Technology Inc, 2009: 11-12;

[11] 戴朋飛, 王勝開, 王格芳. 測試工程與LabVIEW應用[M]. 北京:電子工業出版社, 2006: 13-15.

[12] Song Guan, Guangbo Wu. Study on a VOR Signal Generator Based on Software[C]. ICTIS2011, Wuhan. 

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