射频记录与回放系统解决方案

          伴随着越来越多复杂外场电磁环境监测以及卫星通信、导航接收机外场测试、电台干扰源监测等任务，试验数据事后分析及外场电磁环境重建的需求越来越紧迫。设计射频信号记录和回放系统，对复杂电磁环境信号进行连续长时间的采集、存储和离线分析，并可对已记录的射频信号进行接近无失真的回放发射以实现射频场景半实物构建，进行典型场景下电磁干扰与抗干扰试验，实现多种干扰的综合对抗试验，乃至系统级对抗和体系对抗试验，是考核设备在逼真复杂电磁环境下效能的绝佳选择。

1. 功能描述

          射频记录与回放系统主要功能是对无线电磁信号环境中的信号进行快速捕获，显示，保存。系统提供数据分析工具，可将数据Matlab中进行二次处理分析。采集的数据通过相关处理后可以快速发射到无线电磁环境中，方便用户对复杂无线电磁环境的快速重构。

          武汉珞光提供了各种用于录制和回放应用的射频硬件和软件，以满足用户的成本和质量要求。本文提供了一种基于USRP-LW/LUOWAVE系列软件无线电设备的射频记录与回放系统方案，具备超宽的频率范围（支持到6GHz）和录制带宽等指标，并可轻松地携带到各种现场环境中进行使用。

图1 系统原理图

系统架构:

          采用软件无线电架构，基于通用软件无线电平台USRP，以及传统PC，搭建整套系统。

系统原理:

          射频记录与回放系统由一台高性能上位机、USRP-LW/LUOWAVE系列软件无线电设备与天线组成。信号采集时，系统通过USRP以及天线接收无线电磁信号，信号数据通过上位机进行保存至硬盘，完成了数据采集的过程。信号回放时，通过上位机选择导入采集的信号数据，数据通过USRP与天线发射到电磁环境中。

关键技术或优势:

          由于采用软件无线电的架构，可以灵活的对系统功能进行完善或者升级，而且整套系统具有，体积小，重量轻的优势，可以灵活的进行外场的数据采集工作，同时还兼顾了未来的可升级性和扩展性。该产品还可以通过外置高性能天线和前置放大器提供采集信号灵敏度。

系统除了射频采集功能，未来还可以作为其他射频测量平台使用。目前已经有基于GNU Radio的流盘软件，可以实现数据的实时流盘存储。

2. 规格参数

- 支持DVB-T、AM/FM、LTE、5G NR和WiFi6等；

- 可视化分析：实时频谱图，瀑布图，示波器等；

- 纯二进制IQ数据文件，可以在MATLAB或其他数据处理软件中进行后处理分析。

3. 硬件连接实物图

          以USRP-LW N321为例搭建实验环境：主要包含硬件部分为：高性能PC机一台，雷电转万兆接口模块一个，以及一台软件无线电设备USRP-LW N321。其中PC机与雷电转万兆接口模块通过一个雷电线缆连接，雷电转接模块通过光纤与USRP-LW N321连接，硬件连接实物图如图2所示。

  图2 雷电转万兆模块与PC连接图及系统整体连接图

4. 软件界面图

(1) 采集功能界面

（2）信号回放功能界面

5. 推荐硬件型号

（1）USRP-LW系列

          USRP-LW X310是一款性能卓越，定位于高端的，服务于下一代软件无线电设计和开发的软件无线电设备。支持PCIE接口，以及1 Gbps和10 Gbps Ethernet接口，为USRP与通用处理器（GPP）之间提供了高速接口。

          USRP-LW N321是一种网络软件定义无线电，可为大规模和分布式无线系统中的部署提供可靠性和容错能力。它支持远程执行任务，如更新软件、重启、恢复出厂设置等，从而简化了无线电网络的控制和管理。

（2）LUOWAVE系列

          LUOWAVE是武汉珞光电子有限公司推出的多通道高性能通用软件无线电外设系列。LUOWAVE 420/820射频前端采用ADRV9009芯片，可覆盖75MHz至6GHz的频率范围，并具有200MHz最大接收带宽。由Zynq UltraScale+ZU11EG芯片对基带信号进行处理，为系统提供加速计算。

          Zynq® UltraScale+™MPSoC器件提供64位处理器可扩展性，同时将实时控制与用于图形、视频、波形和数据包处理的软硬引擎相结合。基于通用实时处理器和配备可编程逻辑的平台，四应用处理器和GPU(EG)设备，为诸如此类的应用创造了无限可能，如5G无线、下一代ADAS和工业物联网。

7. 典型应用场景

          射频记录与回放系统可以帮助用户快速的搭建一个大带宽的电磁信号采集与系统。可用各种电磁环境信道的建模分析，干扰系统的快速搭建。