AD9361+ ZYNQ软件无线电平台搭建实例 | 基于创龙科技Zynq-7045...

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1 硬件平台1.1 Zynq-7045/Zynq-7100评估板

创龙科技 (Tronlong) 基于Xilinx Zynq-7000系列XC7Z045/XC7Z100高性能处理器设计的高端异构多核SoC评估板TLZ7xH-EVM，处理器集成PS端双核ARM Cortex-A9 + PL端Kintex-7架构28nm可编程逻辑资源，评估板由核心板与底板组成。核心板经过专业的PCB Layout和高低温测试验证，稳定可靠，可满足各种工业应用环境。

TLZ7xH-EVM评估板接口资源丰富，引出双路千兆网口、四路SFP+光口、双路CameraLink、HDMI、FMC、PCIe、USB、Micro SD等接口，方便用户快速进行产品方案评估与技术预研。

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图 2 TLZ7xH-EVM评估板
  产品资料（用户手册、核心板硬件资料、产品规格书）：

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1.2 AD9361软件无线电模块

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图 4  AD9361软件无线电模块（AD-FMCOMMS3-EBZ）
  (1) 芯片介绍
AD9361是一款用于SDR架构的高性能、高度集成的RF收发器IC，适合无线通信基础设施、防务电子系统、RF测试设备和仪器，以及通用软件定义无线电平台等应用。该器件集RF前端与灵活的混合信号基带部分为一体，集成频率合成器，为处理器或FPGA提供可配置数字接口，高度可编程性和宽带能力使其成为多种收发器应用的理想选择。
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图 5
  (2) 主要特性
Ø 集成12位DAC和ADC的RF 2×2收发器
Ø TX频段：47MHz至6.0GHz
Ø RX频段：70MHz至6.0GHz
Ø 支持TDD和FDD操作
Ø 可调谐通道带宽：<200kHz至56MHz
Ø 双通道接收器：6路差分或12路单端输入
Ø 出色的接收器灵敏度，噪声系数为2dB(800MHz LO)
Ø RX增益控制
l 实时监控和控制信号用于手动增益
l 独立的自动增益控制
Ø 双发射器：4路差分输出
Ø 高线性度宽带发射器
l TX EVM：≤−40dB
l TX噪声：≤−157dBm/Hz本底噪声
l TX监控器：动态范围≥66dB，精度=1dB
Ø 集成式小数N分频频率合成器
Ø 2.4 Hz最大本振(LO)步长
Ø 多器件同步
Ø CMOS/LVDS数字接口
ZYNQ交流：193393878、645235672

(3) 应用领域
Ø 通用设计，适合任意软件定义无线电应用
Ø MIMO无线电
Ø 点对点通信系统
Ø 毫微微蜂窝/微微蜂窝/微蜂窝基站
Ø Wi-Fi
Ø ISM
Ø 航空航天
Ø 公共安全
Ø 智能电网



2 案例演示

2.1 开发环境本案例适用开发环境如下：
(1) Windows开发环境：Windows 7-64bit、Windows 10-64bit
(2) 虚拟机：VMware14.1.1
(3) Linux开发环境：Ubuntu 18.04.5 64bit
(4) PetaLinux：2017.4
(5) Vivado：Xilinx Vivado 2017.4
(6) SDK：Xilinx SDK 2017.4
(7) 组件：
Ø ADI IIO Oscilloscope
     IIO Oscilloscope是ADI官方提供的软件无线电设备Pluto所用的显示组件，拥有类似频谱分析仪的界面，可获取时域、频域、星座和互相关这四种模式的数据，并通过简单的iio配置显示采样信号。

      ADI IIO Oscilloscope参考链接：

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Ø Cygwin
       Cygwin是一个在Windows平台上运行的类UNIX模拟环境，可使用UNIX主机上的交叉编译器来生成可以在Windows平台上运行的工具集。


2.2 案例功能

案例功能：基于TLZ7xH-EVM评估板和AD-FMCOMMS3-EBZ模块搭建AD9361的RF收发测试平台，实现QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)数字调制功能和FM收音功能。

QPSK是常用的一种卫星数字信号调制方式，具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性，同时在电路上也易于实现。其中多采用偏移四相相移键控信号offset QPSK(O-QPSK)，也就是相对移相方式OQPSK。

QPSK信号的正弦载波有4个可能的离散相位状态，每个载波相位携带2个二进制符号，其信号表达式为：
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图 6
  QPSK数字解调包括：模数转换、抽取或插值、匹配滤波、时钟和载波恢复等。

数字调制使用“星座图”来描述，星座图中定义了两个基本参数：
（1） 信号分布。
（2） 与调制数字比特之间的映射关系。
星座图中规定了星座点与传输比特间的对应关系，这种关系称为“映射”，一种调制技术的特性可由信号分布和映射完全定义，即可由星座图来完全定义。四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，即为四进制移相键控。
QPSK是在M=4时的调相技术，它规定了四种载波相位，分别为45°，135°，225°，315°，调制器输入的数据是二进制数字序列，为了能和四进制的载波相位配合起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据，这就是说需要把二进制数字序列中每两个比特分成一组，共有四种组合，即00，01，10，11，其中每一组称为双比特码元。
每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。QPSK中每次调制可传输2个信息比特，这些信息比特是通过载波的四种相位来传递的。
解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特。
星座图有两根轴，其中水平X轴与同相载波相关，垂直Y轴与正交载波相关。图中每个点可以包含4条信息，所有需要的信息都可以从星座图中轻易得到。
（1） 点在X轴的投影定义了同相成分的峰值振幅。
（2） 点在Y轴的投影定义了正交成分的峰值振幅。
（3） 点到原点的连线（向量）长度是该信号元素的峰值振幅（X成分和Y成分的组合）。
（4） 连线和X轴之间的角度是信号元素的相位。
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图 7
  MicroBlaze通过AXI SPI IP以及AXI GPIO IP配置AD-FMCOMMS3-EBZ模块上AD9361的状态，并通过ADI AXI AD9316 IP进行数据的发送和接收，整个过程将通过ADI AXI DMA IP进行DDR数据的读写，DDR有MIG IP驱动。
相关资料可查阅：h

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2.3 案例测试测试基于TLZ7xH-EVM评估板Linux系统进行，需使用本案例专用制卡包重新制作系统启动卡，购买评估板与模块后提供案例源码。
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2.3.1 QSPK数字调试测试将模块的TX1A和RX1A分别连接2.4G天线，并将模块连接到评估板的FMC接口，使用网线连接路由器，使用跳线帽选择BANK电压配置为2.5V。
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图 8
  （1） 线状形式星座图。
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图 9
  （2） 点状形式星座图。
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图 10
  可通过调节天线位置观察到星座图的变化。

2.3.2 FM收音测试
将模块的RX1A连接FM天线，并将模块连接到评估板的FMC接口，使用网线连接路由器，使用跳线帽选择BANK电压配置为2.5V，将USB声卡插到评估板USB HOST接口，将耳机插到USB声卡的输出端。

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图 11
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图 12
  在界面空白处右击选择"Single Tone Markers"。
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图 13
  可在左侧Markers窗口查看当前FM收听频点。
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图 14
  当获得的频点和设置的一致时，停止频谱的信号采集，否则将会影响FM的收听。
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图 15
  在评估板文件系统执行如下命令收听FM。请注意FM的收听在室内效果不佳，可调整天线角度获取更清晰的音频信号。
Target#        iio_fm_radio_play 102.7        //102.7为获取的频点，以实际情况为准
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图 16
可通过"Ctrl + C"退出FM收听。


3 免费评估：可免费申请TLZ7xH-EVM评估板试用：

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