UAV 應用選擇：AD936x驅動OFDM HDL數據機革新| 安馳科技股份有限公司 Macnica Anstek Inc.

介紹

Analog Devices， Inc. 提供一流的 RF 收發器晶片，包括 AD936x 和 ADRV900x，它們具有雙通道發射器和接收器，以及具有靈活混合信號基帶部分和集成頻率合成器的 RF 前端。這些設備專為蜂窩基站而設計。

然而，這些也可用於無人機（UAV）應用。此外，這些元件還附帶了支持軟體的評估平臺，以實現介面和易用性。其中一些軟體定義無線電（SDR）平臺是 ADALM-PLUTO 、 AD-FMCOMMS2/3/4/5 評估板和 ADRV936x 系統級模組（SOM）。

這些平臺附帶免費的軟體示例，包括應用程式程式設計介面（API），例如 MATLAB、Python、C++、GNU Radio、硬體描述語言（HDL）智慧財產權（IP）、原理圖和產品檔。

然而，儘管有評估平臺和 API，但一些使用者可能無法擴展當前的評估平臺並創建自己的最佳收發器模組。為了幫助解決這個問題，ADSW-OFDMS2M HDL 參考數據機應運而生，向使用者展示如何將AD936x和ADRV900x收發器用於無線通訊和視頻傳輸應用。

ADSW-OFDMS2M 在 ADRV9361-Z7035 SOM 上實現，該 SOM 帶有 AD9361 RF 收發器和 Xilinx Zynq-7000® 全可程式設計（AP）片上系統（SoC），但可以移植到其他 ADI 收發器晶片。ADSW-OFDMS2M 參考數據機整合了 HDL 物理（PHY）層以及用於視頻流的演示應用程式。表 1 總結了 ADSW-OFDMS2M 參考數據機的主要特性。

表1.

應用程式設置

圖 1 說明瞭由無人機和控制器設備組成的典型無人機系統。無人機配備了攝像頭並捕獲真實世界的數據（視頻和遙測）。控制器設備從無人機接收這些視頻和遙測數據。此外，控制器還會發送命令或指令來管理和導航無人機。

圖 1.典型應用。

作為概念驗證，無人機和控制器設備都被現場可程式設計門陣列（FPGA）板和收發器評估平臺所取代。FPGA 載入了 ADSWOFDMS2M HDL 收發器軟體，以實現兩個元件之間的通訊。此外，還開發了圖形使用者介面（GUI）以簡化與系統的介面。圖 2 顯示了使用 ADRV9361 硬體的演示設置。

圖 2.使用 ADRV9361 硬體的演示設置。

圖 3 顯示了從 Kuiper Linux 桌面運行的演示應用程式。ADSW-OFDMS2M 演示應用程式具有兩種作模式，分別模擬無人機端和控制器端的功能。無人機模式應啟動視頻流並接收遙測命令。控制器模式在接收和執行視頻播放時發送遙測命令。

圖 3.ADSW-OFDMS2M 在 Kuiper Linux 中運行的演示應用程式。

訊號處理鏈

通訊堆疊由 ADRV9361-Z7035 SOM FPGA 實現，其中實現了 PHY 層的基帶信號處理。基帶信號處理包括發射器和接收器鏈，以及較低的媒體訪問控制（MAC）層。為了使 PHY 層與使用者空間應用程式通訊，它重用了現有的 Linux 網路堆疊、上層協定（如 TCP/IP 堆棧）和可載入驅動程式。

HDL PHY 層建立在 Analog Devices 現有的 HDL 庫和基於 SDR 的開源 Linux mac80211 相容 Wi-Fi 晶片設計之上。PHY 層實現正交頻分複用 1T1R 單輸入單輸出（OFDM-SISO）模式，並進一步擴展以支援多輸入多輸出（OFDM-MIMO）空間分集模式。圖 4 顯示了在 FPGA中實現的信號鏈。然後，來自 FPGA 基帶處理的 IQ 數據被傳遞到 AD9361 收發器。收發器處理從數位 IQ 數據到 RF 信號的轉換，反之亦然，同時共用一個公共頻率合成器。AD9361 還具有兩個相同且獨立控制的通道，可以發送和接收來自不同來源的信號，因此適合實現 1T1R SISO 數據機或 2T2R MIMO 調製解調器。

圖 4.OFDM-MIMO 信號處理框圖。

使用 MATLAB WLAN Toolbox 和 Vivado 對器件進行驗證。驗證方法包括使用不同的數據和編碼方案（MCS）從 MATLAB 生成測試信號。最低調製和編碼方案（MCS）指數對應於最不易受雜訊影響的設置，並且需要較低的信噪比（SNR）才能恢復。另一方面，較高的MCS指數需要更高的SR。表 2 列出了 MCS 指數、它們的等效調製和編碼速率。

表 2.IEEE 802.11n 高輸送量 MCS 表

MATLAB WLAN 工具箱 wlanTGacChannel 函數用於模擬 SISO 和 MIMO 實現的瑞利衰落通道。這樣可以更完整地類比通道對傳輸信號的影響。圖 5 顯示了比較 SISO 和 MIMO 的誤碼率（BER）與 SNR 的關係曲線。y 軸上的誤碼率表示接收到的誤碼量與信號的SNR的關係。圖中的虛線表示 SISO 的結果，而實線表示 MIMO 的結果。一般來說，對於相同的MCS指數，MIMO的性能優於SISO，需要較低的SNR才能達到相同的BER水準。