一種基于NB-IoT的高精度解調裝置

劉小剛

摘 要：移動通信發展到現在，已經進入了“萬物互聯時代”，NB-IoT作為一位重要的物聯網成員，已然呈現燎原之勢。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，構造一種基于NB-IoT的高精度解調裝置。實驗結果顯示，解調的EVM值為0.48%，滿足高精度解調需求。

關鍵詞：NB-IoT；解調；高精度

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。

參考文獻：

[1] 戴波.窄帶物聯網（NB-IoT）標準與關鍵技術[M].北京：人民郵電出版社，2016.

[2] TMS320TCI648x/9x DSP Viterbi-Decoder Coprocessor 2 （VCP2） （SPRUE09E）[EB/OL].（2006-05）.[2009-12].http：// www.ti.com.

[3] TI Inc. TMS320TCI648x DSP Turbo-Decoder Coprocessor 2 （TCP2 ） （SPRUE10A）[EB/OL].（2006-05）.[2008-06].http：// www.ti.com.

[4] TI Inc. TMS320C6472/TMS320TCI648x DSP Enhanced DMA （EDMA3） Controller （SPRU727E）[EB/OL].（2005-12）.[2011-01].http：//www.ti.com.

[5] TI Inc. TMS320TCI6487/88 DSP Ethernet Media Access Controller （EMAC）/Management Data Input/Output （MDIO） User’s Guide（SPRUEF0B）[EB/OL].（2006-04）.[2010-02]. http：//www.ti.com.

[6] TI Inc. TI-RTOS Kernel （SYS/BIOS） User’s Guide （SPRUEX3U）[EB/OL]. [2018-02].http：//www.ti.com.

[7] TI Inc. TMS320C6000 Network Developer’s Kit （NDK） Software User’s Guid e （SPRU523G）[EB/OL].（2001-05）.[2009-01].http：//www.ti.com.

[8] 3rd Generation Partnership Project； Technical Specification Group Radio Access Network；Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）；Physical channels and modulation（Release 14）[S] .3GPP TS 36.211 V14.14.0 （2020-03）.