基于AD9361的软件无线电平台设计与实现

基于AD9361的软件无线电平台设计与实现

姜 浩，张 治

【摘 要】摘要:基于新一代软件无线电平台的研制，采用AD9361集成射频捷变收发器代替分立器件射频收发端的搭建，该平台在Linux操作系统下实现以满足更好的实时性要求。介绍了此软件无线电平台的设计架构，阐述了SPI数据接口与控制接口设计，并针对性地做了系统测试。该系统使用AD9361集成射频收发器来搭建软件无线电平台，真正实现了软件可编程的无线电系统。 【期刊名称】电视技术 【年(卷),期】2015(039)015 【总页数】4

【关键词】关键词:AD9361;软件无线电;Linux;SPI

在1992年5月的美国全国电信会议上［1］，J.Mitole首次提出软件无线电(SDR)，之后便受到广泛的关注和研究，软件无线电的基本思想是数字化在靠近天线的前端进行，所需要的处理都通过高速数字信号处理单元中的软件来实现。然而，在实际应用中，由于其要求极高的软硬件处理能力，因此，直到现在，纯粹的软件无线电概念并没能在实际产品中得到广泛应用。

如今，大多软件无线电平台用离散器件搭建，但离散器件功耗大，系统成本高，需要设计人员有很丰富的硬件设计和射频信号处理经验，另外，对软件方面的要求门槛也很高，并且，随着LTE技术的发展，TD-LTE和FDD-LTE两大通信标准共存，全球所需要支持的频段多达40多个，传统的软件无线电设计方案需要设计不同的硬件平台来支持不同的制式和频段，开发周期长，设计成本高，需要投入大量的人力、物力，给软件无线电的商业化提出了挑战。

然而，随着集成技术的发展，ADI推出的AD9361集成射频捷变收发器为上述问题提供了解决方案，引起了软件无线电领域研究人员的极大关注，被称为SDR应用领域的革命性解决方案［2］。在此背景下，本文提出了一种基于AD9361的软件无线电平台设计方案，并实现了基于此芯片的软件无线电系统平台的研制开发，且对其部分性能进行了测试。实践表明，AD9361捷变收发器在软件无线电领域有着良好的应用前景。

1 AD9361结构与特点

1．1 AD9361 芯片结构

AD9361是ADI公司推出的一款面向3G和4G基站应用的高性能、高集成度的射频捷变收发器，采用10 mm×10 mm、144引脚芯片级球栅阵列封装［3］，芯片的内部结构如图1所示。

芯片采用了零中频架构［4］，将整个射频以及中频信号电路集成在一个芯片中，包括射频放大器、模拟滤波器、混频器、解调器、12位的ADC和DAC的RF2×2收发器，另外还集成了收发通道的频率合成器，同时为每个接收子系统集成了独立的自动增益控制(AGC)、直流失调校正、正交校正和数字滤波电路［5］，消除了数字基带中提供这些功能的必要性，每个通道搭载两个高动态范围ADC，先将收到的I信号和Q信号进行数字化处理，然后将其传过可配置抽取滤波器和128抽头有限脉冲响应(FIR)滤波器［6］，以相应的采样率生成12路输出信号。此外，完全集成的锁相环(PLL)可为所有收发通道提供低功耗的N分频频率合成功能，并且芯片集成了频分双工(FDD)系统需要的通道隔离，还集成了VCO和环路滤波器件。 1．2 AD9361 性能特点

AD9361的工作频率为70 MHz～6 GHz，涵盖了大部分特许执照和免执照频段，支持可调谐200 kHz～56 MHz的通道带宽，且具有高度的可编程能力，发射器采用了直接变频架构［4］，可实现较高的调制精度和较低的噪声，在接收通道，接收噪声系数可以做到小于2.5 dB，此外，该芯片的EVM可以做到小于-40 dB，可为外部功率放大器的选择留出客观的系统裕量，并且，芯片还支持AGC自动增益和更加灵活的手动增益模式，支持外部控制。

2 基于AD9361的软件无线电系统的设计

2．1 软件无线电系统

软件无线电系统的设计如图2所示，该系统射频端采用4片AD9361使单系统支持8×8 MIMO，该系统在一块PXIE Hybrid 8 slots高速背板上搭载了4块数字板，每块数字板上搭载一块AD9361和一块FPGA，背板通过PCIE接口与数字板和主控相连，FPGA与AD9361通过SPI接口完成控制通信。FPGA主要功能是完成时序控制，为AD9361提供数据接口，以及通过PCIE与背板连接于上位机完成交互。 2．2 SPI接口设计

AD9361与FPGA的接口分为数据接口和控制接口，芯片之间的数据交互通过12 bit的DAC/ADC接口传输，支持6路差分(LVDS)信号和12路单端(CMOS)信号，IQ单路最大采样速率可达61.44 MHz;FPGA对AD9361的控制信息通过PCIE转SPI的控制接口进行传输，FPGA与上位机通过PCIE接口传输信息，配置过程中上位机对射频端的寄存器控制通过PCIE接口写到内存(DDR)中，FPGA通过PCIE转SPI接口传给射频端，射频段完成配置，实现实时的射频参数和工作状态的配置。