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LimeSDR 中文教程 (三)

這是這個系列教程的第三篇。我們會以之前的教程為基礎,如果你沒看可以點這裡。

上一次我們詳細看了RX部分,這樣就能更好理解LimeSuite程式裡的設定選項。上一篇文章理論比較多,這一篇文章理論會少一些,我們會做更多實際操作。

開始

我們會使用“self test”例子作為本文的基礎。原因是隻要你有LimeSDR,你不需要額外的硬體(比如RF口上不需要接東西)就能使用。如果你想看一下步驟,可以點選這個連結並觀察例子3.7。(self test中的例子)

這個例子中使用的頻率是2100MHz,在英國是3G蜂窩網路的頻段,你大多數情況下都沒有在這個頻段發射的許可。我們使用了內部環路,這樣就不會真正發射出訊號,但是任然會有一小部分射頻能量從我們接著天線的口上漏出來。因此做這個測試時最好移除天線(或者你也可以換到你有權使用的頻段上去),這樣你就不會不小心地在這個頻段發射出訊號了。我們的內部環路加在高頻率的通道上,因此你選擇的頻段也必須在這個範圍內。

當你根據步驟到達3.7並得到上面的FFT影象後,我們可以具體理解一下這個例子到底做了些什麼。

載入”self_test.ini”

LMS7002M晶片內部有上千個暫存器,因此要手動設定會非常麻煩。我們使用ini檔案來解決這個問題,它裡面包含了LMS7002M的暫存器設定,可以自動設定它們,我們不需要關心。如果你對這個感興趣,可以看看這個文件。

下面是self_test.ini中的一部分,我們提取出來作為例子。

[file_info]

type=lms7002m_minimal_config

version=1

[lms7002_registers_a]

0x0020=0xFFFD < Reset and PWR settings

0x0021=0x0E9F < SPI/I2C control

0x0022=0x07DF < Pad Drive control settings

SXT/SXR

SXT是用來控制TX PLL(發射部分的鎖相環)和時鐘發生器的,它和SXR非常類似,所以我們可以同時觀察。我們暫時不需要調整引數,只需要點選calculatetune按鈕,但是最好還是理解一下到底是怎麼回事。

接下來要說的東西需要更多的知識:

之前的文章我們講過RX PLL(鎖相環),以及如何合成一個時鐘。實際上PLL只是把時鐘的相位與另一個時鐘源做了同步。我們說的另一個時鐘源是由參考時鐘和乘法器、除法器一起生成的。PLL保證了所有這些合成的時鐘都是同步的,這樣我們可以減少相位差和相位噪聲。

我們可以看一下下面的PLL結構圖,可以發現PLL3部分組成:

  • Inputs (Nint,Nfract & PLLCLK(ref)) 輸入引數
  • A feedback loop 負反饋環路
  • A VCO  壓控振盪器

回到self test例子中,我們可以看到當按下calculate按鈕後,這個選項卡中的許多引數都自動調整了。你可以試試改變頻率,然後看看那幾個引數會對應變化(記得看完了要改回來,然後按一下calculate)

CLKGEN

這個時鐘發生器部分和前面說的有點相似,它用來控制LMS7002M的數字部分,因此有些引數需要優化一下。我們的主要目標是在發射部分的DAC(數模轉換)中做過取樣,以此提升SNR(信噪比),更高的時鐘一般來說效果都會更好。

內部環路

這個顧名思義就能知道是什麼,它控制了SKY13323射頻晶片,把它選為了環路模式。

載入WCDMA波形

FPGA的一部分功能是波形回放功能,它能夠按照正確的格式給LMS7002M提供已知的波形資料。

當我們載入波形後,還需要勾選MIMO,這樣波形就會在兩條發射通道上同時播放。如果你沒有把相應的波形檔案放到LimeSuite要求的資料夾下時,WCDMA按鈕是無效的。如果你碰到這個問題,可以點選Custom按鈕來載入你那裡的WCDMA波形。

改變引數

我們終於可以來調節訊號了。我們可以只對A通道做更改,而不更改B通道,這樣就能看出效果。你先要保證你能做到self test中的兩個波形看上去差不多的樣子。波形的IQ影象應該和我們的截圖一致。現在兩個通道的圖形應該是一樣的,但是我們馬上會做一些更改。

在開始之前,我們需要知道選項卡中的某些選項是對兩個通道同時有效的,比如SXT中的asan。我們之前看過LMS7002M的結構了,從中我們可以看到這些細枝末節。在我們前面看到的資料裡,可以發現PLL模組是被兩個通道共享的,因此改變這個引數對兩個通道同時起作用。這就是為什麼我讓你們先了解了背景知識,這樣你在這裡才會理解。

我們暫時不更改發射引數,先更改接收部分的引數,改一下上一篇文章提到過的引數。我們現在看到的I/Q影象,可以注意到這個形狀是一大塊點(理論上應該填滿這一塊)。如果我們用的是別的訊號,比如QAM64,那麼這種形狀就是不對的,因為那種調製對應的應該是離散的點。看懂星座圖很有用,它能幫助你更改引數,你可以先隨意調整一下,最終再做優化。

更改增益

我們知道LMS7002M的最前面一級是LNA,那麼我們先來調整它,它現在的設定應該是GMAX,也就是達標了最大值。我們把它降低為GMAX-12,可以發現星座圖看起來更緊密了,這意味著我們開始丟失資訊了。

所以我們減少接收端的輸入會造成這個現象。那麼我們如果減少發射端的輸出會得到相同結果嗎?我們試試。先把RXLNA改回GMAX,然後到TX PAD gain control處改為16,它是TX LNA的一部分(在TRF選項卡里)。

你可以看到,結果和之前的類似。另外,TBB選項卡里還有一個frontend gain,它調整的是基帶增益。我們現在調整一組引數,先把TXPAD調整為12TRF選項卡),然後再把frontend gain調整為60TBB選項卡),這樣還原到原來的增益。

我們看到增益確實增加了,但是訊號出現了失真。不止是星座圖變成了很大的一個點,而且對臨近頻段也造成了干擾。這是為什麼?

這是因為我們對濾波器過載了,你可以看到IQ星座圖裡的嚴重失真(變成方的了)。在相鄰頻段還出現了毛刺。顯然這個設定是不對的,這可以作為錯誤的設定的例子。一般來說,在調整完大多數設定後,我們只要調整TXPAD。大多數設定已經在self_test.ini裡設定好了,所以我們可以直接按照那個檔案裡的引數為基礎。對於RX增益也是如此,我們還沒改過TIAPGA增益,但是大多數應用中最好別改。

濾波器

回到self_test.ini(重新載入檔案,並在TXCLK中點選CalculateTune按鈕)。我們知道TXRX中的第二級都是濾波器,改變它們會有什麼影響?

TBB(發射部分濾波器設定)

我們現在把TX濾波器設定為52MHz,我們可以更改這個濾波器引數,這麼修改會造成更差的結果。幸運的是,下面還有一個Tune按鈕會自動計算濾波器係數。輸入100MHz,然後點選Tune按鈕,你會得到一個稍微小一點的IQ圖,因為我們發出了更多的噪聲(這裡不理解?噪聲多了不是應該更大麼)。注意我們在這裡使用的是TXLPFL濾波器。

我們還可以去掉LPFLAD_TBBLPFS5_TBB的勾選,繞過這些濾波器。這樣我們會看到最大的星座圖。我們對臨近頻率造成了很大的干擾,因為我們沒有濾波器了,無法過濾高階諧波。你最好不要發射這種訊號,因為它會干擾其它頻段,無委會會來找你。最後記得重新把濾波器加入,並且把濾波器調整為52MHz

RBB(接收部分濾波器設定)

這個部分對許多要接收訊號的人來說很有用,因為要提高接收質量就要做濾波。問題在於我們的WCDMA波形是很乾淨的。比如,我們選擇LPF_Bypass,即去掉10MHz的輸入濾波器後可能看不到什麼區別。

手動調整輸入濾波器引數可能會比較容易理解,這些濾波器是RC濾波器。再次選上LPFL,並把電容值增加到1200,我們可以看到,波形嚴重失真了,因為我們把高頻率的資訊過濾掉了。雖然我們可以手動調整濾波器,但是我還是推薦你自動選擇這些值,這就和TX裡面一樣。點選Tune按鈕會還原原本的設定。

最後

現在我們已經對上一篇文章裡說到的大多數模組都做過設定了。儘管還有許多地方我們沒有說到,比如Bias設定,ADC/DAC模組,以及LMS7002M的數字部分。但是這些設定對於新使用者來說不太重要,我們以後再說。

大多數情況下,我們的修改都把訊號越改越差,但是知道原理後可以幫助我們以後改得更好。

下一篇文章我們會看一些應用例子,做一些優化,這樣你以後在使用LimeSDR時會更有信心。

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