中國北京，2023年4月19日訊——Spectrum儀器PCIe數(shù)字化儀系列產品現(xiàn)已支持數(shù)字下變頻(DDC)，這主要得益于產品使用的可進行動態(tài)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(tǒng)，其中包括數(shù)字無線電、雷達、移動通信、空間通信或衛(wèi)星通信。在數(shù)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(shù)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(shù)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的板上DDC還是外接GPU卡?

大部分數(shù)字化儀是通過FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)技術進行數(shù)字下變頻的。進入的模擬信號先轉換為數(shù)字數(shù)據，再發(fā)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(yè)的固件開發(fā)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(shù)字化儀獲取的數(shù)據就能夠通過其PCIe總線直接傳輸至基于CUDA的GPU。GPU擁有數(shù)千個并行工作的內核，可通過C/C++語言創(chuàng)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(shù)字下變頻也變得更加容易。即使使用測試版數(shù)字下變頻也能獲得立竿見影的效果，這為軟件的進一步優(yōu)化提供了一個絕佳的平臺。

圖1:Spectrum儀器M5i數(shù)字化儀和702 MHz信號在數(shù)字下變頻前后的頻域截圖。

數(shù)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(shù)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(shù)據!

圖1為信號在數(shù)字下變頻前后的頻域截圖。使用M5i.3337-x16數(shù)字化儀卡對速率為6.4GS/s的702MHz輸入信號采樣。采集到的數(shù)據以12.8GB/s的最大傳輸速度持續(xù)傳輸至6144核的Nvidia RTX A4000 GPU上。自此，工作示例就擁有了進行數(shù)字下變頻所需的各種處理模塊，這其中包括直接數(shù)字頻率合成器(DDS)、低通濾波和下采樣。GPU則用于數(shù)字下變頻。在這種情況下，它將數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(tǒng)的個人電腦來說，越小的數(shù)據文件越容易存儲、分析和顯示。

即日起，數(shù)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(shù)字化儀及GPU卡共同使用。