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      Spectrum儀器數字化儀可通過GPU進行連續數字下變頻
      [ 通信界 | 靜姝 | www.sdgj0817.com | 2023/4/19 16:07:37 ]
       

      ——Spectrum儀器推出DDC,可將RF信號轉換為基帶信號


      中國北京,2023年4月19日訊——Spectrum儀器PCIe數字化儀系列產品現已支持數字下變頻(DDC),這主要得益于產品使用的可進行動態及即時處理的外接顯卡,這也顯著降低了產品的成本。DDC被廣泛應用于通信系統,其中包括數字無線電、雷達、移動通信、空間通信或衛星通信。在數字下變頻過程中,RF信號或微波信號被轉換為含有有用信號的基帶。該轉換不僅減少了結果數據集,還顯著地提升了信號的質量和測量的精準度。Spectrum儀器旗下共有48款PCIe數字化儀卡(采樣率為5MS/s到10GS/s),均具備DDC功能,因此用戶能夠為其應用選擇最為匹配的型號。


      基于FPGA板上DDC還是外接GPU卡?


      大部分數字化儀是通過FPGA(現場可編程門陣列)技術進行數字下變頻的。進入的模擬信號先轉換為數字數據,再發送至FPGA進行下變頻。這種方法雖然快速有效,但也存在局限性。因為它需要使用大型且價格昂貴的FPGA技術和定制化固件。通常,定制化固件需要具備專業的固件開發技能,并使用價格不菲的軟件工具。這一切就造成了這種方法的短板。


      Spectrum儀器的方法顯著地解決了這些弊端。通過該公司的SCAPP(Spectrum的CUDA Access for Parallel Processing)軟件包,數字化儀獲取的數據就能夠通過其PCIe總線直接傳輸至基于CUDA的GPU。GPU擁有數千個并行工作的內核,可通過C/C++語言創建處理軟件。由于可使用普通的編程撰方式撰寫定制化的固件,數字下變頻也變得更加容易。即使使用測試版數字下變頻也能獲得立竿見影的效果,這為軟件的進一步優化提供了一個絕佳的平臺。



      圖1:Spectrum儀器M5i數字化儀和702 MHz信號在數字下變頻前后的頻域截圖。
      數據流以12.8GB/s的速度傳輸至GPU進行實時處理,再通過Spectrum的SBench6軟件顯示


      12.8 GB/s流速率的運行工作示例


      Spectrum儀器的數字化儀系列產品包括基于M2p、M4i和M5i平臺的PCIe卡。這些產品的采樣率最低可至5MS/s,最高可達10GS/s;分辨率為8至16位,帶寬范圍也在2.5MHz至3GHz以上。圖1所示的M5i系列產品為尖端產品,擁有最快的采樣率和最高的帶寬,分辨率可達12位。此外,M5i系列的另一個關鍵功能是它們能夠以12.8 GB/s的市場領先速率通過PCIe總線傳輸數據!


      圖1為信號在數字下變頻前后的頻域截圖。使用M5i.3337-x16數字化儀卡對速率為6.4GS/s的702MHz輸入信號采樣。采集到的數據以12.8GB/s的最大傳輸速度持續傳輸至6144核的Nvidia RTX A4000 GPU上。自此,工作示例就擁有了進行數字下變頻所需的各種處理模塊,這其中包括直接數字頻率合成器(DDS)、低通濾波和下采樣。GPU則用于數字下變頻。在這種情況下,它將數據與復正弦波(由DDS生成)混合,使用移動平均法抽取結果(在此情況下為512倍),將抽取后的數據通過有限脈沖響應(FIR)濾波器傳遞并重新縮放,隨后將處理后的數據傳輸至電腦的內存進行存儲或進一步處理。


      根據兩個頻域的截圖顯示,下轉換(綠色)信號的信噪比比原始(黃色)信號提高了近10 dB。此外,數據文件已經大幅減少了512倍,但仍然保留了所需信號頻率范圍內的所有重要信息。對于傳統的個人電腦來說,越小的數據文件越容易存儲、分析和顯示。


      即日起,數字下變頻將成為兼具成本效益的SCAPP軟件包的一部分。該軟件包需要結合Spectrum儀器全新或已上市的數字化儀及GPU卡共同使用。


      關于Spectrum儀器


      Spectrum儀器成立于1989年,迄今為止設計和研發了多款模塊化數字化儀及發生器產品,其中包括PC卡(PCIe和PXIe)以及獨立以太網設備(LXI)。在過去30年間,Spectrum獲得了業界的廣泛認可,旗下產品也被用于行業領軍企業及一流大學的眾多產品和科研項目中。Spectrum儀器總部位于德國漢堡附近的格羅斯漢斯多爾夫,憑借卓越的技術能力和優質的客戶服務享譽全球。

       

      1作者:靜姝 來源:通信界 編輯:顧北

       

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