AD9361+ ZYNQ軟件無線電平臺搭建實例 | 基于創龍科技Zynq-7045、Zynq-7100平臺

ID:336245 · 發表于 2020-12-31 23:45

1.1 Zynq-7045/Zynq-7100評估板
 1.2 AD9361軟件無線電模塊

2.1 開發環境
 2.2 案例功能
 2.3 案例測試

2.3.1 QSPK數字調試測試

2.3.2 FM收音測試

1 硬件平臺1.1 Zynq-7045/Zynq-7100評估板

創龍科技 (Tronlong) 基于Xilinx Zynq-7000系列XC7Z045/XC7Z100高性能處理器設計的高端異構多核SoC評估板TLZ7xH-EVM，處理器集成PS端雙核ARM Cortex-A9 + PL端Kintex-7架構28nm可編程邏輯資源，評估板由核心板與底板組成。核心板經過專業的PCB Layout和高低溫測試驗證，穩定可靠，可滿足各種工業應用環境。

TLZ7xH-EVM評估板接口資源豐富，引出雙路千兆網口、四路SFP+光口、雙路CameraLink、HDMI、FMC、PCIe、USB、Micro SD等接口，方便用戶快速進行產品方案評估與技術預研。

圖 2 TLZ7xH-EVM評估板
產品資料（用戶手冊、核心板硬件資料、產品規格書）：http://site.tronlong.com/pfdownload

1.2 AD9361軟件無線電模塊

圖 4  AD9361軟件無線電模塊（AD-FMCOMMS3-EBZ）
  (1) 芯片介紹
AD9361是一款用于SDR架構的高性能、高度集成的RF收發器IC，適合無線通信基礎設施、防務電子系統、RF測試設備和儀器，以及通用軟件定義無線電平臺等應用。該器件集RF前端與靈活的混合信號基帶部分為一體，集成頻率合成器，為處理器或FPGA提供可配置數字接口，高度可編程性和寬帶能力使其成為多種收發器應用的理想選擇。

圖 5
  (2) 主要特性
Ø 集成12位DAC和ADC的RF 2×2收發器
Ø TX頻段：47MHz至6.0GHz
Ø RX頻段：70MHz至6.0GHz
Ø 支持TDD和FDD操作
Ø 可調諧通道帶寬：<200kHz至56MHz
Ø 雙通道接收器：6路差分或12路單端輸入
Ø 出色的接收器靈敏度，噪聲系數為2dB(800MHz LO)
Ø RX增益控制
l 實時監控和控制信號用于手動增益
l 獨立的自動增益控制
Ø 雙發射器：4路差分輸出
Ø 高線性度寬帶發射器
l TX EVM：≤−40dB
l TX噪聲：≤−157dBm/Hz本底噪聲
l TX監控器：動態范圍≥66dB，精度=1dB
Ø 集成式小數N分頻頻率合成器
Ø 2.4 Hz最大本振(LO)步長
Ø 多器件同步
Ø CMOS/LVDS數字接口
ZYNQ交流：193393878、645235672

(3) 應用領域
Ø 通用設計，適合任意軟件定義無線電應用
Ø MIMO無線電
Ø 點對點通信系統
Ø 毫微微蜂窩/微微蜂窩/微蜂窩基站
Ø Wi-Fi
Ø ISM
Ø 航空航天
Ø 公共安全
Ø 智能電網

2 案例演示

2.1 開發環境本案例適用開發環境如下：
(1) Windows開發環境：Windows 7-64bit、Windows 10-64bit
(2) 虛擬機：VMware14.1.1
(3) Linux開發環境：Ubuntu 18.04.5 64bit
(4) PetaLinux：2017.4
(5) Vivado：Xilinx Vivado 2017.4
(6) SDK：Xilinx SDK 2017.4
(7) 組件：
Ø ADI IIO Oscilloscope
   IIO Oscilloscope是ADI官方提供的軟件無線電設備Pluto所用的顯示組件，擁有類似頻譜分析儀的界面，可獲取時域、頻域、星座和互相關這四種模式的數據，并通過簡單的iio配置顯示采樣信號。

   ADI IIO Oscilloscope參考鏈接：https://wiki.analog.com/resource ... re/iio_oscilloscope。
Ø Cygwin
   Cygwin是一個在Windows平臺上運行的類UNIX模擬環境，可使用UNIX主機上的交叉編譯器來生成可以在Windows平臺上運行的工具集。

2.2 案例功能

案例功能：基于TLZ7xH-EVM評估板和AD-FMCOMMS3-EBZ模塊搭建AD9361的RF收發測試平臺，實現QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)數字調制功能和FM收音功能。

QPSK是常用的一種衛星數字信號調制方式，具有較高的頻譜利用率、較強的抗干擾性，同時在電路上也易于實現。其中多采用偏移四相相移鍵控信號offset QPSK(O-QPSK)，也就是相對移相方式OQPSK。

QPSK信號的正弦載波有4個可能的離散相位狀態，每個載波相位攜帶2個二進制符號，其信號表達式為：

圖 6
QPSK數字解調包括：模數轉換、抽取或插值、匹配濾波、時鐘和載波恢復等。

數字調制使用“星座圖”來描述，星座圖中定義了兩個基本參數：
（1）信號分布。
（2）與調制數字比特之間的映射關系。
星座圖中規定了星座點與傳輸比特間的對應關系，這種關系稱為“映射”，一種調制技術的特性可由信號分布和映射完全定義，即可由星座圖來完全定義。四相相移調制是利用載波的四種不同相位差來表征輸入的數字信息，即為四進制移相鍵控。
QPSK是在M=4時的調相技術，它規定了四種載波相位，分別為45°，135°，225°，315°，調制器輸入的數據是二進制數字序列，為了能和四進制的載波相位配合起來，則需要把二進制數據變換為四進制數據，這就是說需要把二進制數字序列中每兩個比特分成一組，共有四種組合，即00，01，10，11，其中每一組稱為雙比特碼元。
每一個雙比特碼元是由兩位二進制信息比特組成，它們分別代表四進制四個符號中的一個符號。QPSK中每次調制可傳輸2個信息比特，這些信息比特是通過載波的四種相位來傳遞的。
解調器根據星座圖及接收到的載波信號的相位來判斷發送端發送的信息比特。
星座圖有兩根軸，其中水平X軸與同相載波相關，垂直Y軸與正交載波相關。圖中每個點可以包含4條信息，所有需要的信息都可以從星座圖中輕易得到。
（1）點在X軸的投影定義了同相成分的峰值振幅。
（2）點在Y軸的投影定義了正交成分的峰值振幅。
（3）點到原點的連線（向量）長度是該信號元素的峰值振幅（X成分和Y成分的組合）。
（4）連線和X軸之間的角度是信號元素的相位。

圖 7
MicroBlaze通過AXI SPI IP以及AXI GPIO IP配置AD-FMCOMMS3-EBZ模塊上AD9361的狀態，并通過ADI AXI AD9316 IP進行數據的發送和接收，整個過程將通過ADI AXI DMA IP進行DDR數據的讀寫，DDR有MIG IP驅動。
相關資料可查閱：https://wiki.analog.com/resources/eval/user-guides/ad-fmcomms3-ebz

2.3 案例測試測試基于TLZ7xH-EVM評估板Linux系統進行，需使用本案例專用制卡包重新制作系統啟動卡，購買評估板與模塊后提供案例源碼。
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2.3.1 QSPK數字調試測試將模塊的TX1A和RX1A分別連接2.4G天線，并將模塊連接到評估板的FMC接口，使用網線連接路由器，使用跳線帽選擇BANK電壓配置為2.5V。

圖 8
（1）線狀形式星座圖。

圖 9
（2）點狀形式星座圖。

圖 10
可通過調節天線位置觀察到星座圖的變化。

2.3.2 FM收音測試
將模塊的RX1A連接FM天線，并將模塊連接到評估板的FMC接口，使用網線連接路由器，使用跳線帽選擇BANK電壓配置為2.5V，將USB聲卡插到評估板USB HOST接口，將耳機插到USB聲卡的輸出端。

圖 11

圖 12
在界面空白處右擊選擇"Single Tone Markers"。

圖 13
可在左側Markers窗口查看當前FM收聽頻點。

圖 14
當獲得的頻點和設置的一致時，停止頻譜的信號采集，否則將會影響FM的收聽。

圖 15
  在評估板文件系統執行如下命令收聽FM。請注意FM的收聽在室內效果不佳，可調整天線角度獲取更清晰的音頻信號。
Target#       iio_fm_radio_play 102.7       //102.7為獲取的頻點，以實際情況為準

圖 16
可通過"Ctrl + C"退出FM收聽。

3 免費評估：可免費申請TLZ7xH-EVM評估板試用：http://www.tronlong.com/Product/show/90.html

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