頻譜監測與信號智能系統的系統組件詳解

頻譜監測和信號智能涉及使用工具和技術來分析無線電頻譜。頻譜監測為用戶、監管機構及情報小組提供了關于頻譜正在如何被使用的有用信息。從監管的角度來看，頻譜監測可確保頻譜使用者遵守當地法規和許可參數，以盡量減少頻譜使用者之間的相互干擾。通信供應商或頻譜發出者可以執行監視任務來確保系統的正確運行或者解決干擾問題。另外，頻譜監測也為希望了解射頻環境特性的情報機構提供有價值的信息，幫助這些機構收集信息來支持各項任務的執行。

1. 簡介

許多頻譜監測和信號智能應用可能需要連續實時地進行通信數據處理。一個常用的技術是將采集的射頻頻譜與預期的頻率掩模進行對比來監測未預期傳輸的射頻頻譜。傳統的掃頻方式以測量系統采集和處理數據的頻率進行該對比，但是數據處理的限制卻導致需要監測的RF頻段不能被連續監測。這可能會造成GSM或WiMAX等基于分組的通信方案能夠避開檢測，因為分析儀在掃描這些通信方案頻率的時候可能沒有信號傳輸。

基帶數字化儀的基帶I / Q數據可通過PCI Express總線傳輸回數字化儀的主控制器進行數據處理?，F代多核處理器，如NI PXIe- 8106嵌入式控制器的多核處理器，可以對數據進行縮放、加窗和傅立葉變換，并以大于2.5 MS / s的速率將該數據與頻率掩模進行對比，從而有效地監控多達10 MHz的RF帶寬。對于需要更大帶寬或者需要控制器CPU來實現其他功能的應用，現場可編程門陣列(FPGA)可以執行相同的處理，甚至速率更快。例如，NI PXIe- 5641R IF收發儀能夠以每秒超過50,000次FFT的平均速率執行八次復雜的同步1024點快速傅里葉變換(FFT) 。這一速率足以持續監測20MHz的實時帶寬。您可以通過DMA將數據從設備傳輸到主機再返回至另一個設備 ，這并不會明顯增加總線或CPU的負擔 。因此，這一架構用于進行基帶數據處理是可行的。這些技術結合GPS同步和觸發、與其他儀器的集成和小巧的組成結構等其他PXI特性，使得PXI成為頻譜監測和信號智能的理想解決方案。

2. 支持FPGA的頻譜監測和信號智能系統

NI PXIe- 5641R RIOIF收發儀可與NI PXI -5600下變頻器和NI 8260高速數據存儲模塊相結合，用于持續監測和記錄RF頻譜。借助這些儀器的組合，您可在PXI平臺上搭建支持FPGA的頻譜監控或信號智能系統，覆蓋從250 kHz至2.7 GHz的頻率，實時帶寬可達20 MHz。NI PXIe- 5641R具有兩個獨立的14位100 MS / s模數轉換器(ADC) ，內置20 MHz帶寬數字下變頻器。該架構可有效地將I / Q數據提供給模塊的Virtex -5 SX95T FPGA，繼而借助NI LabVIEW FPGA模塊實現分析、解調和信號處理任務。對于連續記錄，可將每個FPGA模塊的20MHz射頻帶寬數據（100 MB /秒）連續數小時傳輸至基于RAID的硬盤（如NI 8260）?；贚abVIEW和LabVIEW FPGA的可配置性，您可以對NI PXIe- 5641R進行編程，從而在硬件上進行實時信號分析和事件檢測。本節探討了這一支持FPGA的頻譜監測與信號智能系統的系統組件。圖1顯示了NI PXIe- 1075機箱內的各個硬件組件。

圖1. 基于PXI的頻譜監測和信號智能系統

如需查看頻譜監測應用，請訪問頻譜監測視頻演示頁面。

收發儀

NI PXIe-5641R包含一個帶寬為20MHz且與Xilinx Virtex-5 SX95T FPGA相連接的中頻(IF)收發儀。Xilinx Virtex-5 SX95T FPGA針對DSP進行了優化，可使用LabVIEW FPGA模塊對其進行編程，它能夠在硬件中以高速率低延遲執行復雜的解調和信號處理任務，適用于需要迅速反應和高輸入信號帶寬的應用。NI PXIe-5641R具有兩路中頻輸入和輸出，與模擬上變頻器和下變頻器相連接。

圖2. NI PXIe-5641R RIO IF收發儀

下變頻器

NI PXI-5600能夠以高達20 MHz的帶寬接收9 kHz-2.7 GHz射頻信號，然后將其下變頻至15 MHz的中頻信號，從而能夠與NI PXIe-5641R完美地相集成。其超外差架構確保了帶外信號并不會犧牲輸入動態范圍。您可選擇多達兩個下變頻器，通過NI PXIe-5641的兩個IF輸入分別調諧至不同的RF頻率。PXI-5600是一款緊湊的雙槽3U PXI模塊。

圖3. NI PXI-5600下變頻器