软件定义无线电5

3.5 关键特性和功能

3.5.1 多Gsp采样

RFSoC可以支持极高的采样率以及RF-ADC和RF-DAC支持极宽带信号。回顾前述的ZU48DR RFSoC设备，该设备可以直接对0Hz到2.5GHz之间的整个频带进行采样，如图3.19(a)所示。这个频率区域称为第一奈奎斯特区。通过利用混叠效应，可以使用第二奈奎斯特区捕获等效带宽。因此，在RF-ADC采样率设置为5Gsps的情况下，可以对从2.5到5GHz的频带进行数字化，如图3.19(b)所示。因此，RFSoC设备能够有效地直接采样多个GHz的带宽。

3.5.2 超级采样率

PL工作时钟被限制在几百兆赫兹，RF-ADC和RF-DAC使用的多Gsps采样率通常在与PL的接口处转换为较低的采样率。对于极宽带信号，在需要保持非常高的采样率的情况下，需要以高于PL的最大时钟速率的采样率将样本在RFDC和PL中传输。这个问题就需要用超级采样率（Super Sample Rate，SSR）来解决。

1. SSR接口

RFDC和PL之间的SSR接口包含每个AXI流时钟周期的几个时间连续样本，参考图3.20。这里考虑第3代ZU48DR RF-ADC通道，以最大5GSps的速率进行采样。为了获取在PL中以5GSps采样的信号，首先需要对样本进行去串行化。该过程增加了信号字长，但也具有降低所需AXI流时钟频率的效果。在这种情况下，使用8的SSR将所需时钟频率降低到625MHz。

SSR适用于发射和接收路径。当RFDC/PL接口处对于单速率实现过高时，主要需要SSR。RFDC和PL之间的接口使用16位来表示每个样本。当SSR为1时（每个时钟周期一个样本），SSR样本为16位宽；SSR为2时，SSR样本为32位宽；SSR为4时，SSR样本为64位宽。

2.SSR设计

RFDC和PL之间的SSR接口只是解决方案的一部分，其中需要在PL上处理非常高的采样率。另一个方面是实现高度并行的基于PL的架构，该架构能够在每个时钟周期处理几个样本。为了支持SSR设计的创建，AMD设计工具中的IP核提供了用于常用功能的优化SSR块，将在第13章中进一步讨论。

3.5.3 多通道

大多数RFSoC设备都包含RFDC，并且此类设备通常支持8或16个信道的发射和接收功能。RFSoC的多通道功能可用于实现：多输入多输出（MIMO）系统、波束形成、同时支持几种不同标准的无线电等，

MIMO是一种无线通信技术，它扩展了基本的单输入单输出（Single Input Single Output，SISO）配置。因此，MIMO中引入了空间分集，因为发射天线和接收天线中国的每一个在空间中占据不同的位置，因此信号的分量通过无线电信道采用不同的物理路径。发射或接收天线组通常以线性或二维阵列布置，最简单的MIMO系统包括两个发射机和两个接收机。天线数量越多，利用空间分集从而提高无线链路吞吐量的潜力就越大。

波束形成是需要多个天线的另一个示例系统。该技术可以在发射器处使用，以将发射能量的方向引导到期望的方向；也可以在接收器处使用，以便将灵敏度的方向引导到期望的方向；也可以在特定方向上生成“null”，并作为减少干扰的一种手段。在这种情况下，多元件天线的主要优点之一是可以使用DSP算法动态地改变波束方向，而不需要物理地移动天线。与MIMO类似，天线可以在物理空间中以不同的配置布置，并且天线的数量越大意味着波束转向的控制精度越高。波束成形和MIMO也可以像在5G系统中一样进行组合，以将波束导向三维空间中的特定用户。这种技术通过在空间上重用可用的无线电信道来增加蜂窝网络的容量

对于MIMO和波束形成，重要的是信道与相同的时间和频率基准同步。RFSoC中提供了多片同步的支持。该功能可以同步同一设备内以及多个设备之间的信道。