1、平台簡介

1.1 硬(yìng)件(jiàn)平台工作(zuò)原理(lǐ)

本(běn)文(wén)所(suǒ)描述的(de)所(suǒ)有(yǒu)現(xiàn)象(xiàng)、所(suǒ)有(yǒu)測試过(guò)程均基于(yú)USRP-4120産品，其主(zhǔ)要(yào)工作(zuò)原理(lǐ)如(rú)图(tú)1所(suǒ)示。USRP-4120是基于(yú)ZYNQ+AD9361的(de)通(tòng)用(yòng)SDR平台，支持(chí)2T2R的(de)TDD、FDD模式，覆蓋70MHz~6GHz射頻工作(zuò)頻段(duàn)，带(dài)宽(kuān)在(zài)200kHz~56MHz範圍內(nèi)可(kě)調。可(kě)通(tòng)过(guò)网(wǎng)口(kǒu)或(huò)USB與(yǔ)上(shàng)位(wèi)機(jī)進(jìn)行數據(jù)交互。

1.2 測試（試验(yàn)或(huò)調試）平台

本(běn)文(wén)所(suǒ)描述的(de)所(suǒ)有(yǒu)測試（試验(yàn)或(huò)調試）按照图(tú)2進(jìn)行平台搭建。USRP-4120可(kě)以(yǐ)接收(shōu)外(wài)部(bù)信号(hào)源的(de)信号(hào)，也(yě)可(kě)以(yǐ)接收(shōu)来(lái)自(zì)自(zì)身(shēn)TX通(tòng)道(dào)輸出的(de)信号(hào)（回环(huán)模式）。

2、現(xiàn)象(xiàng)描述

在(zài)外(wài)協方(fāng)在(zài)我(wǒ)司的(de)USRP-4120平台上(shàng)進(jìn)行FM信号(hào)的(de)收(shōu)發(fà)验(yàn)證时(shí)，發(fà)現(xiàn)現(xiàn)象(xiàng)1：回环(huán)模式下(xià)，接收(shōu)到(dào)的(de)FM基带(dài)信号(hào)直(zhí)流分(fēn)量(liàng)被(bèi)消除掉；現(xiàn)象(xiàng)2：在(zài)不(bù)同(tóng)的(de)载波(bō)頻率下(xià)，可(kě)能(néng)会(huì)出現(xiàn)I、Q反(fǎn)相的(de)情(qíng)況。

3 、分(fēn)析與(yǔ)措施

3.1 分(fēn)析

AD9361是零(líng)中頻架構的(de)芯片(piàn)，这(zhè)類(lèi)芯片(piàn)的(de)接收(shōu)中頻为(wèi)基带(dài)信号(hào)，中頻信号(hào)中会(huì)避免不(bù)了(le)混入(rù)我(wǒ)们(men)不(bù)需要(yào)的(de)鏡(jìng)像或(huò)直(zhí)流分(fēn)量(liàng)。这(zhè)些(xiē)不(bù)需要(yào)的(de)鏡(jìng)像或(huò)直(zhí)流分(fēn)量(liàng)依賴于(yú)芯片(piàn)的(de)校(xiào)準过(guò)程来(lái)抑制。接收(shōu)通(tòng)道(dào)包(bāo)括QEC校(xiào)準、RF-DC（跟蹤）校(xiào)準、BB-DC（跟蹤）校(xiào)準等。

DC校(xiào)準会(huì)将接收(shōu)到(dào)的(de)基带(dài)信号(hào)中的(de)直(zhí)流分(fēn)量(liàng)抑制到(dào)盡量(liàng)低(dī)。而(ér)當基带(dài)中的(de)直(zhí)流分(fēn)量(liàng)是我(wǒ)们(men)需要(yào)的(de)一(yī)部(bù)分(fēn)有(yǒu)用(yòng)信号(hào)时(shí)，DC校(xiào)準将其抑制濾除，反(fǎn)而(ér)会(huì)影響解(jiě)調的(de)結果(guǒ)。而(ér)FM信号(hào)的(de)正(zhèng)交調制就(jiù)是这(zhè)樣(yàng)的(de)情(qíng)況。

IQ反(fǎn)相可(kě)能(néng)跟接收(shōu)载波(bō)的(de)相位(wèi)同(tóng)步有(yǒu)關(guān)。

3.2 FM正(zhèng)交調制

3.2.1 FM調制原理(lǐ)

FM調制是頻率調制。就(jiù)是把基带(dài)信号(hào)用(yòng)载波(bō)的(de)頻率来(lái)承载。直(zhí)接的(de)表(biǎo)現(xiàn)方(fāng)式是調角，也(yě)是一(yī)種(zhǒng)非(fēi)線(xiàn)性(xìng)調制。

• 基带(dài)信号(hào)（攜带(dài)信息，如(rú)話(huà)音(yīn)信号(hào)）mt

• 载波(bō)信号(hào)  Sct=Acosωct+φ0

• 已調信号(hào)

Smt=Acosωct+φ(t) 

对(duì)于(yú)FM調制，基带(dài)信号(hào)的(de)信息，是通(tòng)过(guò)頻率来(lái)承载的(de)，需要(yào)滿足的(de)關(guān)系(xì)是，基带(dài)信号(hào)與(yǔ)瞬时(shí)角頻偏呈線(xiàn)性(xìng)關(guān)系(xì)。

dφ(t)dt=Kfmt

其中 Kf 是調頻靈敏度(dù)，也(yě)就(jiù)是单位(wèi)基带(dài)信号(hào)的(de)幅度(dù)变化(huà)引起(qǐ)的(de)已調信号(hào)的(de)頻率偏移量(liàng)。反(fǎn)應(yìng)瞬时(shí)角頻率偏移随着基带(dài)信号(hào)的(de)幅度(dù)線(xiàn)性(xìng)变化(huà)。

φ(t)=Kfmτdt

已調信号(hào)表(biǎo)示为(wèi)：

Smt=cosωct+Kfmτdt        

FM調制也(yě)可(kě)以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)交調制的(de)方(fāng)式来(lái)實(shí)現(xiàn)。                             

Smt=Acosωct+φ(t)=Acosωctcosφ(t)-sinωctsinφ(t)        

这(zhè)符合正(zhèng)交調制的(de)特(tè)點(diǎn)：

It=cosφt=cosKfmτdt

Qt=sinφ(t)=sinKfmτdt

3.2.2 单音(yīn)FM正(zhèng)交調制

单音(yīn)FM調制情(qíng)況下(xià)：

mt=Amcosωmt

φ(t)=KfAmcosωmτdt=KfAmωmsinωmt

其中：

ωm为(wèi)FM調制角頻率，对(duì)應(yìng)的(de)調制頻率为(wèi)ωm2π；

Δω=KfAm表(biǎo)征了(le)調制角頻偏，对(duì)應(yìng)調制頻偏Δf=Δω2π，

mf=KfAmωm 为(wèi)調制指數。

单音(yīn)FM正(zhèng)交調制下(xià)的(de)I、Q路(lù)信号(hào)分(fēn)别为(wèi)：

It=cosφ(t)=cosmfsinωmt

Qt=sinφ(t)=sinmfsinωmt

通(tòng)过(guò)FFT变換，其中I路(lù)信号(hào)中会(huì)包(bāo)含直(zhí)流成(chéng)分(fēn)。对(duì)I路(lù)信号(hào)做FFT：

Fω=1T-T/2T/2cosmfsinωtejωtdt

直(zhí)流分(fēn)量(liàng)为(wèi)：

F0=1T-T/2T/2cosmfsin0tej0tdt=1

可(kě)以(yǐ)看(kàn)出，I路(lù)信号(hào)包(bāo)含直(zhí)流分(fēn)量(liàng)。

3.2.3 单音(yīn)FM正(zhèng)交解(jiě)調

正(zhèng)交解(jiě)調如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示。

Smt=Acosωct+φ(t)Smt*cosωct=Acosωct+φt*cosωct

=A2cos2ωct+φt+cosφ(t) LPF A2cosφ(t)Smt*-sinωct=

-Acosωct+φt*sinωct=A2-sin2ωct+φt+sinφ(t) LPF A2sinφ(t)

可(kě)以(yǐ)看(kàn)出，通(tòng)过(guò)正(zhèng)交解(jiě)調过(guò)程，可(kě)以(yǐ)還(huán)原出I、Q基带(dài)信号(hào)。        但是正(zhèng)交解(jiě)調有(yǒu)一(yī)个(gè)很重(zhòng)要(yào)的(de)条(tiáo)件(jiàn)，即载波(bō)同(tóng)步，上(shàng)面(miàn)的(de)計(jì)算是默认载波(bō)同(tóng)步而(ér)進(jìn)行的(de)，如(rú)果(guǒ)接收(shōu)端载波(bō)存在(zài)相位(wèi)差∆φ、頻率差∆ω，这(zhè)会(huì)对(duì)解(jiě)調結果(guǒ)産生影響。Smt*cosωc+∆ωt+∆φ=Acosωct+φt*cosωc+∆ωt+∆φ=A2cos2ωc+∆ωt+φt+∆φ+cosφt-∆φ-∆ωt LPF A2cosφt-∆φ-∆ωtSmt*sinωc+∆ωt+∆φ=-Acosωct+φt*sinωc+∆ωt+∆φ=A2-sin2ωc+∆ωt+φt+∆φ+sinφt∆φ-∆ωt LPF A2sinφt-∆φ-∆ωt         可(kě)以(yǐ)看(kàn)出，還(huán)原出的(de)IQ信号(hào)與(yǔ)原信号(hào)存在(zài)差别，者(zhě)不(bù)利于(yú)解(jiě)調。         对(duì)于(yú)AD9361的(de)自(zì)發(fà)自(zì)收(shōu)應(yìng)用(yòng)，由(yóu)于(yú)參考同(tóng)源，收(shōu)發(fà)载波(bō)不(bù)存在(zài)頻率差（∆ω=0），但可(kě)能(néng)存在(zài)相位(wèi)差，當相位(wèi)差为(wèi)π/2时(shí)，I、Q路(lù)信号(hào)会(huì)反(fǎn)相。

3.2 措施

通(tòng)过(guò)手(shǒu)動(dòng)關(guān)闭接收(shōu)基带(dài)直(zhí)流校(xiào)準功能(néng)的(de)方(fāng)法(fǎ)，可(kě)以(yǐ)避免基带(dài)數據(jù)中的(de)DC分(fēn)量(liàng)被(bèi)濾除。

I、Q反(fǎn)相可(kě)能(néng)是载波(bō)相位(wèi)差带(dài)来(lái)的(de)，也(yě)有(yǒu)可(kě)能(néng)是载波(bō)同(tóng)步过(guò)程带(dài)来(lái)的(de)相位(wèi)模糊，这(zhè)需要(yào)算法(fǎ)進(jìn)一(yī)步验(yàn)證。

4、验(yàn)證

使用(yòng)回环(huán)測試模式，收(shōu)發(fà)同(tóng)頻，發(fà)射通(tòng)道(dào)輸出单音(yīn)信号(hào)，在(zài)不(bù)打(dǎ)開(kāi)基带(dài)DC跟蹤校(xiào)準和(hé)打(dǎ)開(kāi)基带(dài)DC跟蹤校(xiào)準时(shí)的(de)接收(shōu)I路(lù)信号(hào)对(duì)比，可(kě)以(yǐ)看(kàn)出，基带(dài)DC跟蹤校(xiào)準对(duì)基带(dài)直(zhí)流信号(hào)的(de)消除作(zuò)用(yòng)。

5、結論

AD9361是一(yī)款經(jīng)典的(de)零(líng)中頻收(shōu)發(fà)芯片(piàn)，內(nèi)部(bù)包(bāo)含丰富的(de)校(xiào)準过(guò)程来(lái)優化(huà)性(xìng)能(néng)，其中接收(shōu)基带(dài)直(zhí)流跟蹤校(xiào)準，旨在(zài)消除由(yóu)于(yú)本(běn)振洩露(lù)、IQ不(bù)平衡等原因(yīn)带(dài)来(lái)的(de)基带(dài)直(zhí)流信号(hào)，但有(yǒu)些(xiē)情(qíng)況下(xià)，直(zhí)流信号(hào)来(lái)源于(yú)接收(shōu)信号(hào)本(běn)身(shēn)，这(zhè)種(zhǒng)情(qíng)況下(xià)，需要(yào)關(guān)掉接收(shōu)基带(dài)直(zhí)流跟蹤校(xiào)準。