作者簡介：劉小剛（1987—），男，工程師，研究方向：網絡測試技術。

0   引言

萬物互聯的概念已經興起，主要特點就是物與物之間協作連接，而通信是實現萬物互聯的必要條件。現有的5G、4G、3G、2G 通信協議無法滿足低功耗、低成本、廣覆蓋和大容量的需求，一些低功耗標準協議，如LoRa、Sigfox、Wifi，在信息安全、移動性和容量等方面存在缺陷。因此，經過全球業界超過50 家公司的積極參與和一年多的努力，NB-IoT 標準協議宣告誕生^[1]。本文介紹一種基于NB-IoT 的高精度解調裝置，從射頻、中頻、物理層、主控各模塊聯合協作的角度，構造了一種基于NB-IoT 的高精度解調裝置。

1   總體設計

本裝置主要由射頻模塊、中頻模塊、物理層模塊、主控模塊聯合完成。信號源的數據首先經過射頻模塊進行混頻，統一混頻到153.6MHz 的頻率上，然后進入中頻模塊。中頻模塊的FPGA 進行下變頻變換到數字信號，通過SRIO 傳輸給DSP，DSP 調用物理層模塊進行211、212 過程，最終計算出原始碼流01 比特，然后通過TCP 協議將原始碼流傳遞給主控模塊。主控模塊進行時域、頻域、調制域、原始碼流的計算和顯示。具體過程如圖1 所示：

2   模塊設計

2.1 射頻模塊

射頻模塊主要完成功率控制、混頻的功能。功率控制：射頻模塊內部含有放大器、衰減器，并通過EISA 總線與主控模塊進行交互，從而實現功率的控制。

混頻：射頻模塊通過混頻將原始的高頻載波信號混頻到153.6 MHz 頻點上，供給中頻模塊使用。

2.2 中頻模塊

中頻主要包括FPGA 和DSP，FPGA 負責基帶信號下變頻，DSP 負責物理層解調。

FPGA 通過AD 轉換得到NB-IoT 的基帶信號，然后進行下變頻，最終通過SRIO 將基帶信號傳遞給DSP。下變頻過程如圖2 所示。

DSP 主要從主控通過網口獲得物理層參數，然后調用物理層的lib 庫計算基帶信號的解調過程，最終得到原始碼流。其中進行部分測試例計算，并將結果通過網口傳遞給主控。為了能夠使解調速度高效快捷，DSP 充分利用了VCP^[2]、TCP^[3]、EDMA^[4] 等硬件加速器，為了便于升級更新，使用了EMAC^[5] 自啟動方式，并使用sysbios^[6]、ndk^[7] 等TI 公司的工具實現了TCP 協議，保證了數據的穩定傳輸。TCP 協議的實現過程如圖3 所示。

2.3 物理層模塊

物理層主要完成NB-IoT 從基帶信號到原始碼流的解調過程。

基帶信號到調制信號的解調過程，也就是協議的211 過程，主要包括FFT、解資源映射、解調^[8] 等過程，如圖4 所示。

調制信號到原始碼流，也就是協議的212 過程，主要包括譯碼、解速率匹配、CRC 校驗 ^[9] 等過程，如圖5所示。

2.4 主控模塊

主控程序主要完成功率和頻率的校準、對射頻的控制、與中頻的交互、測試例的計算等。

功率和頻率的校準：對單音和調制信號，需要對功率和頻率進行定標校準，通過GPIB 卡或LAN 線與第三方標準儀表互連進行定標校準。

對射頻的控制：在校準過程中，需要進行送數從而進行實現對射頻的控制，并將校準數據保存。

與中頻的交互：基帶信號解調的一些必要參數，如小區ID、信道帶寬等參數，需要通過網口傳遞給中頻。中頻解調成功后，將原始碼流、EVM、FOE 等結果通過網口傳遞給主控進行顯示繪圖。

測試例的計算：對一些時頻域計算的測試例主控程序完成，如基帶信號的功率、峰均比、占用帶寬、ACLR 等測試例。

3   結論

使用信號源發送、儀表解調的方式對NB-IoT 的解調進行測試。測試方法為羅德的SMW200 發送NB-IoT在獨立測試模式下的信號，自研的5264B 通信矢量信號分析儀進行EVM 解調。EVM 值為0.48%，證明本方案可以滿足NB-IoT 高精度解調的需求。解調結果如圖6 所示。

圖6 解調結果

參考文獻：

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（本文來源于《電子產品世界》雜志2021年2月期）