应用笔记

前端、子装置的规格、天线端口选择

Ettus Research

简介

      本文阐释了子板的概念，前端、子装置规格、天线选择。前端是子板的子组件，它规定了调优算法和用于USRP™的样本映射。USRP硬件驱动器（UHD）接收子装置的规格,即用预期的方式将USRP安装至前端的字符串。每个前端为一个或多个射频连接器提供访问。你必须在操作性要求的基础上选择合适的连接器，如全双工或半双工操作。

子板、前端和子装置规格

       用USRP设备开发射频系统的时候，如何选择合适的前端很重要。一个或多个子板可以集成到一个USRP设备中。Ettus Research子板为ADCs, DACs和“外部世界”之间的端口提供了一个必须的电路。这些子板中每个子板都包含一个或多个通道，我们称之为一个前端。

UHD情况下，当创建一个USRP 设备实例时，通过运用子设备规格可以选择一个前端。根据子设备规格复用数据通过FPGA内部的前端路由逻辑完成。接收链的结构图解见图1.本文也展示了路由选择的几个例子。

前端端口架构——基础Rx示例

        子装置的规格遵循X:Y”格式。X一直代表子板槽。在USRP N200/N210, 至于USRP E100/E110和SRP B100只有一个子板槽（每个方向）。此处指的是作为子板槽A.USRP1 包含两个子板槽A” 和“B”。子装置规格的第二部分“Y”，通过位置显示器从特定的子板上选择一个单独的前端。UHD 将PGA’前端路由器配置合适的信号到达DSP 链中。

例如，如果你想从子板槽B中TVRX2 通道1 中接收信号，则子装置的规格是: “B:RX1”。子板槽A中TVRX2 通道2 上的接受的信号则要求规格为：“A:RX2”。每个子板槽的前端可总结为TX/RX指导，有效天线选择及表1中相关的射频连接器。

表1——子板、子装置及连接器

默认子装置及天线的规格

如果你没指定，UHD 会自动选择子装置和天线规格。可能这些默认会改变，所以本文中不做描述一般来说,UHD绘制基本及LR 子板，将射频连接器用作正交端口而不是一个双IF端口。收发器子板一般也可以绘制成正交。

尽管未指定端口，UHD 也会默认“TX/RX”，但最佳实践方法是为全双工收发机板指定天线端口。根据外部装置及信号水平，如果用户依赖UHD内部的自动天线选择可能会损坏天线。

正交采样VS. IF采样

根据子板及子装置的规格，FPGA内部的 ADC 和 DSP 链将被配置成可以用一个IF或者正交信号进行操作。坐标旋转数字计算机（CORDIC）是一种数学架构用于每个样本上进行相移，从而有效进行频率变换。坐标旋转数字计算机接收复杂基带信号作为输入并且用特定的相位转移输出复杂基带样本。样本率转换显示在坐标旋转数字计算机的主机边上，并且坐标旋转数字计算机以ADC/DAC i端口的全部采样率进行操作。当采集到F 信号后，未使用的ADC或者 DAC通道用空样本填满。采集 正交信号时，I 和Q信号被路由到坐标旋转数字计算机上。在某种情况下，路由逻辑将交换I 和Q 信号以匹配所选子板的方向。

关于Basic RX, Basic TX, LFRX,和LFTX前端的讨论

Basic RX, Basic TX, LFRX, 和LFTX前端与其他子板不同，因为他们不要求天线的规格，相反，子装置的规格用于实现在FPGA内部将ADC/DAC 样品路由到DSP链上。使用前端A时，A”作为中频在实际模式中采集，前端B同样如此。指定“AB”为一个前端将信号路由到FPGA的 DSP链上作为一个正交对。“BA”互换信号。

表2     BasicRX Routing w/多种子装置规格

这一概念在表2中不同的子装置规格接收链得到了很好的阐释。这个架构也用于转移子板。转移时，此样本从DSP链流到前端模块。尽管这里没有阐释，可能会产生两种基带渠道去处理这两种独立的IF。这个问题将在本文中的另外一个环节进行讨论。

关于TVRX2的讨论

TVRX2包括两个独立的接收链并输出两个IF信号。USRP设备可以采集其中一个信号或者两个信号。在这种情况下，每个IF信号都和一个0填充流配对创造一个I/Q配对并传递到RX DSP 链上。在这种情况下，用两个单独的RXDSP 链。

表3 多通道前端装置

接收机子装置

当前，所有收发机板在每个单独方向上提供一个前端。这些前端提供一个正交端口并且全部可用0来表示（见表1 ）。在这种情况下，前端指的是上转换链或者下转换链。标注这些前端分享天线链接，由子装置规格单独控制。

表4 典型接收机子板路由

采样多通道

如表 1所示，每个USRP设备都有两个接收链和两个传送链。这就实现了接收两条通道并且每个方向上传输一个通道。在这种情况下，就必须创建一个多通道装置并且必须提供子装置规格，。前端按照他们出现的顺序分配到DSP链上。例如，子装置规格“A:A A:B” 将前端A扩充槽A上的IF采样信号传送到DSP 0上，同样前端B扩充槽A传送到DSP 0上,也可能在不同的扩充槽上引用同一个前端且每个具体前端提供一个IF或者正交端口。UHD 将自动装配任意相对应的前端路由逻辑。

收发器天线选择——半双工vs. 全双工

所有的接收器子板，除了XCVR2450以外都具备全双工性能。全双工功能可以实现接收与传输同步。当前，这些全双工子板提供两个连接器TX/RX 和 RX2。TX/RX可用于传输或接收。另外一个RX2,只能用于接收。用全双工进行操作，RX2 用于接收路径，而TX/RX 用于传输路径。如果外部双工被占用，此应用仍可用单独天线进行全双工操作。

如果此应用要求USRP装置在半双工模式下用一个单独的天线进行操作，那么就要用TX/RX连接器进行传输和接收。当主机正在传输样品时，在这种模式下，ATR逻辑将TX/RX 端口转换到传输路径上。当传输流停止时，FPGA上的状态机将自动将TX/RX p端口转换到接收路径。这一功能可以用HD API HD API调用覆盖以通过GPIO控制传输/接收开关。

表5所示的是SBX子板上的射频开关装置。其他子板，如WBX可以用不同的应用但功能相同。

表5 接收机子板上射频端口传输接收开关

结语

本文档为子板前端、子装置规格和天线端口选择提供了一个简单的概览，如您有其他问题，请联系support@ettus.com。