使用NI USRP平台实现射频信号录制和回放操作演示

此用户需要对信号以及相邻40 MHz带宽内的信号有透彻的了解。可采用射频测量设备，如NI PXI射频解决方案，来精确测量输入功率，并更好地预测所需的增益。测试应用还有助于视觉化这些参数，帮助设置正确的录制参数。用户可按以下方法进行测试：将NI USRP-2920的增益设置为远高于所采集信号的功率，然后降低参考电平，直至数模转换器削波。然后再增大参考电平2 dB - 3 dB，以在录制时允许小信号变量获得动态余量。如果信号的峰均比过高，则继续增大参考电平。

2、录制信号的数据类型

录制的波形是带通信号的等效基带信号，也称为复包络或I/Q数据。用户还可以任何形式存储数据，但如果要以高速率将数据写入磁盘，则必须在录制过程中最小化数据的处理量。因此，范例中的数据存储为带符号的16位整数。此格式为数据通过以太网传输和存储在计算机内存的格式；用户只需将数据从计算机的内存复制到磁盘中。

I/Q数据阵列按如下形式交插排列

I0, Q0, I1, Q1, I2, Q2….. In, Qn

其中n表示采样的数量。

数据类型会影响磁盘的大小，一个16位的整数占用2个字节。对于复杂的I/Q信息，每个I/Q值占用4个字节。25 MS/s的数据速率可将信息以100 MB/s的速率传输至计算机，该速率超过大多数硬盘驱动器的连续写入速率。若需维持高数据速率，建议使用廉价磁盘冗余阵列(RAID)，如NI HDD-8265 RAID外盒，它可在6万亿字节、12万亿字节和24万亿字节的配置下维持高达600 MB/s的速率。

四、回放

录制和回放系统的最大困难之一在于重现与录制时相当的信号。这对于在实验室中以与现场相同的条件测试待测设备(UUT)非常有帮助。

使用NI-USRP驱动程序回放射频信号时，必需设置以下属性：

·  I/Q速率[S/s]
·  载波频率[Hz]
·  增益[dB]

用户不仅需要录制指定的值，还需要录制强制值，这是因为I/Q速率是源于一个按离散增量分割的100 MS/s时钟（并非所有I/Q速率都是如此）。如果设置信息未提供，也就无从知道采样速度和功率参考值，因而就无法精确重现录制的信号。

设置这些参数以及录制强制值只需根据NI USRP Configure Signal VI的指示进行即可，如图7所示：

图7. 获取强制参数值（硬件使用的实际参数）

NI提供了范例代码来指导用户更轻松地录制和回放架构。用户应在指定操作条件下以指定频率对NI USRP-2920进行特征记述，并定期或对输出值存在疑问时重新验证这些值。如若需要一个在各种频率和温度下都能保证性能的已校准解决方案，则可选择NI PXI RF解决方案。

五、最佳实践

1、频率精度

调制方案和标准不同，频率精度公差也不尽相同。在GPS等应用中，用户需要执行录制和回放。在此情况下，需要将一个外部10 MHz时钟源（如恒温器控制的晶体振荡器(OCXO)）连接至NI USRP设备前面的参考输入(Ref In)端口，并在驱动程序中指定该时钟源。

2、直流偏置/本振泄露

在某些情况下，本振(LO)信号会通过混频器泄露到传输的信号。这可能会导致I和Q信号出现直流偏置，形成强载波信号。如果本振泄露比射频波形更强，则可对中心频率上下的基带进行频移，然后传输所要传送的波形。例如，如果I/Q速率设置为5 MS/s (±2.5 MHz)，则带宽为1 MHz（-500 kHz ~ 500 kHz）的信号可频移至1.5 MHz（1 MHz ~ 2 MHz带宽）。通过频移和使用外部无源滤波器，用户可传送发射信号，减小本振，实现对接收端待测设备的最小干扰。

3、录制和回放附件

天线、直流偏置器（用于通电有源天线）、外部放大器、滤波器、衰减器均是进行信号录制和回放的常见附件。放大器通常应用于接收器以增强弱信号；但是添加增益的同时也会增加本底噪声。直流偏置器将直流信号发射至有源天线，同时接收沿同一路径发射回来的射频信号，阻断直流信号，允许射频信号通过。例如，GPS录制可通过有源天线、带电源的直流偏置器、通电的30 dB低噪声放大器(LNA)来实现。而信号回放只需直接连接至GPS，并通过几个衰减器来使输出功率衰减至实时GPS信号的功率就可实现。

六、结论

本指南阐述了成功录制和回放射频信号所需的一些概念和参数。用户可了解到在最大化信号采集的动态范围时，低信号功率级别和带外信号都会导致其难度增加。但可通过放大器和衰减器来调整信号功率，获得更理想的录制和回放结果。

最后，可使用外部时钟（如OCXO）来提供GPS等标准所需的额外稳定性和频率精度。