设计型软件无线电教学实验室解决方案—USDR-2x

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认识软件无线电

软件无线电是一种新型的无线电体系结构，作为一种设计方法它已被广泛用于通信和无线电工程的相关领域。它可以通过运行不同的软件算法，实时配置系统的通信功能，从而提供不同的无线通信业务，能方便地实现原型设计向实际应用的过渡。

因此，基于软件无线电教学平台的通信实验适应了当前的变革趋势，有利于学生深入掌握通信基本原理，进行可重构的模块化设计，模拟通信收发机制和信道模型，快速搭建整体通信链路。

定为教学平台

在实验教学硬件方面，基于软件无线电教学平台在通信实验的变革趋势，定为电子为高校提供标准的多层次实验室建设解决方案：

         1、基础型实验室建设，配套试验设备为UN；

                               
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基础型实验平台物理形状图

         2、设计型实验室建设，配套试验设备为U2 + FMC202；

                               
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设计型实验平台物理形状图

         3、创新型实验室建设，配套试验设备为U3 + FMC202；

                               
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创新型实验平台物理形状图

同时定为电子也可根据不同高校的实际情况，为学校提供定制的实验室建设解决方案；

        在教师授课方面，定为电子将为任课教师提供一整套教学方案（教学实验报告、实验指导书和实验PPT等），开展对任课教师的培训，帮助任课教师简单高效的完成实验教学任务。

        在学生实验方面，定为电子将为学生提供详实的实验指导材料和丰富的Demo，既帮助学生快速理解无线通信的基本原理和应用场景，又可以在实际案例Demo的操作中激发学生的兴趣和创造力，同时基于HIL(Dingwave Platform Studio-Hardware In Loop)的DPS软件开发套件软件实现了图形化的链路搭建方式，可快速的实现仿真验证和业务演示，使学生在操作过程中专注于Demo和算法的实现。

下面以设计型教学平台为例，为大家介绍其硬软件情况及建设案例

设计型教学平台

设计型教学平台有硬件实验器材部分和软件链路搭建部分组成。其中硬件部分由定为公司的数字基带板U2和射频板FMC202配套组成；软件部分由定为公司DPS软件开发平台组成。

DPS

                               
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DPS是DingWave PlatForm Studio的简称，即定为uSDR软件无线电平台开发工具套件。是一种能够把复杂的算法或者源码在真实硬件上快速演示验证的工具，深度集成MATLAB、Xilinx工具，所有的硬件接口均以IP Core形式呈现，支持U2、U3、U7、Un等硬件平台。

DPS软件是基于simulink/SYSGEN的模块化操作，屏蔽了晦涩难懂的硬件接口操作和VIVADO工具的操作，用户只关心波形链路的图形化开发，极大的节约了时间，提高了效率。下面两图为DPS快速验证界面和DPS链路搭载界面。

                               
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DPS快速验证界面

         

                               
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DPS链路搭载界面

USDR2

                               
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U2物理形状图

U2以Xilinx公司的Kintex-7系列FPGA为信号处理中心，提供一个HPC FMC，支持标准FMC扩展板卡；一个QSFP+接口，支持40Gbps的高速互联；一个USB3.0接口，支持3Gbps高速数据传输；支持板卡积木是堆叠，以提高整体计算能力，U2相邻板间最大互连速率达到80Gbps量级。

U2代码加载和调试灵活，同时支持以太网、JTAG仿真器两种模式加载代码及调试，并支持板上PROM上电加载。

U2功能全面，下图为U2的功能模型图

                               
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U2功能模型

FMC202

                               
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FMC202物理形状图

FMC202是定为电子推出的一款基于VITA57.1 FMC架构，双通道2发2收MIMO零中频射频板卡。其主要参数为：

1、射频频段70MHz-6GHz;

2、单通道带宽56MHz;

3、ADC12bit/250MSps，DAC12bit/250MSps;

4、支持TDD和FDD两种模式;

5、支持板载TCXO和PLL。

FMC202与定为电子uSDR系列基带板卡配套可快速搭建软件无线电平台，目前已我们已经基于此平台完成了QPSK、16QAM和LTE数字链路的研发，并通过了语音、视频和文件等业务验证。

FMC202以ADI公司的RF捷变收发器AD9361（宽频段射频集成芯片，该芯片具有小体积、低功耗、宽频段、多通道等诸多优点）作为处理核心。

下两图分别为FMC202功能模型图及射频模块功能图。

                               
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FMC202功能模型

                               
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射频模块功能模型

建设案例

          本案例为定为公司为高校提供的现代通信系统实验室的建设方案，采用了定为公司的设计型教学平台。

                               
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现代通信系统实验室示意图

设备组成

          1、每套USDR-2x平台，主要由一块U2（数字信号处理板）和一块FMC202（零中频2发2收射频板）组成。

      2、“现代通信系统”实验室，由4个标准19英寸机柜，安置共20套USDR-2x实验平台，它们通过交换机和路由器组成网络。

      3、 实验室内部局域网支持20台电脑，可满足10组，共20-40名学生同时进行实验。

      4、 实验室内装有12个网络摄像头监控每一台软件无线电平台，另装有2个电动升降金属材质窗帘(阻断或半阻断无线直射路径)，用于控制实验设备间无线通信的无线直射通道。

      5、 老师与学生通过各自的电脑控制20套USDR-2x平台进行无线通信发射与接收实验。

用途简介

  现有的无线通信类实验课程存在以下几点问题：

1、实验项目规模小、仿真过多；

2、 缺乏挑战性与创新性；

3、 实验内容与社会实际应用脱轨；

“现代通信系统”实验室基于USDR-2x实验平台，由定为公司与电子科技大学联合开发以下7项实验项目：

1、现代通信系统通用结构实验；

2、无线通信物理层链路信号观测；

3、无线通信环境测试与度量；

4、模拟通信1：FM对讲机互通实验；

5、模拟通信2：AM无线话音通信实验；

6、数字通信1：WCDMA与3G关键技术实验；

7、数字通信2：LTE与4G链路关键技术；

该实验项目完美解决了现有实验课程的缺陷，还具有以下两点特色：

内容先进、平台真实

采用基带处理与射频处理单元结合，各实验项目的开发流程使用当前通信系统的实际的常见研发模式，包含从Matlab原型设计、FPGA转换、代码下载与调试全过程。

挑战性与创新性

可实现与市面上的真实商用通信系统进行互通，比如，直接对通真实对讲机，收听FM电台等。其中的3G/4G等复杂系统，也是源自科研成果的实际方案的缩减版本。

USDR-2x实验平台采用软件无线电思想开发，在该硬件平台上可以快速完成二次开发和验证，进而还支持学生竞赛设计等需要。