通用软件无线外设设备性能指标 - 带宽

简介

“什么是通用软件无线外设设备的带宽？”这是人们普遍问及的问题。本文将针对通用软件无线外设的结构以及如何通过分析每一环节各部分的性能来计算系统带宽两方面问题发表一些看法，并将为常见的术语，如“模拟带宽”，“主机的带宽”下定义。本文需对采样定理有基本的了解。

一般通用软件无线外设的结构

尽管所有通用软件无线外设都采用同一结构，但模型不同某些特性及规格也不同。很多情况下，射频前端、搅拌机、过滤器、振荡器和射频前端放大器,混频器,过滤器,振荡器和放大器都需要将射频域和复杂的基带或IF信号转换成一个信号。IF基带的信号是由模拟—数字转换器来采样的，然后进而将电子采样编成一个现场可编程门阵列。存储的现场可编程门阵列图像可提供数字下变频算法，微小频率调优以及数个过滤器进行抽样的功能。抽完样，再通过主界面将原始样本或其他数据汇集到主机上。反方向操作用于传输环节。

通用软件无线电外设设备的带宽在整个信号链的每个点上都不同。常见的带宽规格有三种：模拟带宽，FPGA处理带宽和主机带宽。 系统带宽是射频子板，FPGA处理带宽和主机带宽中最小的。还应注意的是，模拟带宽的ADC/DAC采样机率不应高于任何设备。

模拟带宽

模拟带宽指的是射频端口与一个射频通道中的IF或带宽界面之间的有用带宽(3 dB)的数量。通常这种带宽是由IF或子板上的基带滤波器设定的，在根据已有的ADC/DAC 采样几率与一个通用软件无线外设母板配对时，这样设计就能避免混叠的发生。

表1  一般USRP架构（带WBX的USRP N210）

FPGA处理带宽

FPGA处理带宽指的是由通用软件无线外设母板上的模拟数字转换器和数字模拟转换器显示出的采样率。这样可以就根据USRP设置一个系统假设的最大数字带宽。例如，USRP X300/X310的现场可编程门阵以200MS/s的采样速率分别从模拟数字转换器和数字模拟转换器中收发样本。所有通用软件无线外设的可存储FPGA设计都带有DSP链，从而实现了频率转换，接收数据流的分解以及传输流的补充。这些DSP链是在专门的FPGA处理带上进行操作的。

备注：定制FPGA的用户可以将自带的和自定义的DSP功能进行合并。由于FPGA设计中含有大量的设计因素，这些参数并不能确保自定义的GSP功能都可以运行。

主机带宽

主界面支持数据在通用软件无线外设的FPGA和主机之间传输。大部分应用从通用无线外设中流入或流出I/Q数据。所有带有通用软件无线外设产品线的可用界面选项见下图。下图可以看到带有16-bit I&Q样本的主机采样率。大部分通用软件无线设备模型 还具备 8位 样本输出功能，将主机宽带中样本/秒的比率增加了一倍。

在此文本中，“全双工”代表界面可实现特定速率下的双向同步传输。有的界面，比如USB 3.0则不提供接送数据的专门数据通道，而是采用“半双工”的模式重复利用单一渠道传输。在这种情况下，一个通用软件无线外设就共享一个总界面带宽实现传送与接收功能。

备注：真正的数据流性能依据主机的处理能力，DSP应用的综合性以及其他因素。下图只显示了每个主界面的理论最大吞吐量。

注意：宽带宽子板配低带宽USPR设备会导致混叠

满足过滤和带宽的要求,以避免混淆这一点很重要。拓展带宽WBX-120, CBX-120 和SBX-120子板的设计是为了配合USRP X300/X310以及未来会出现的带有充足ADC/DAC 样本率的产品。以上产品都无法和速率低于200MS/s的ADC/DAC 兼容。（详见《子板的性能》

我如何计算我的通用软件无线设备外设系统的带宽？

USRP系统的带宽取决于具体应用及功能收集

例1：USRP X300/X310系统搭配一个10 GigE的界面，基于主机的应用程序以及一个40兆赫的子板应配置一个40兆赫的可用带宽。这个范围是由子板设置的。

例2；USRP N200/N210系统搭配1 GigE界面，基于主机的应用程序（16位样本采集）以及一个40兆赫的子板应配置一个20兆赫的可用带宽。这个范围是由主界面设定的----1 GigE的最大速率是25 MS/s转换成可用带宽即20兆赫。

例：3 USRP X300/X310系统可控界面是1 GigE，全FPGA处理收发数据流以及120兆赫的子板需配置的最大带宽是120兆赫。

FPGA处理样本的速率可达到200 MS/s。子板是限制因素。