怎么錄制與重放藍(lán)牙信號②

點(diǎn)擊次數(shù)：428 更新時(shí)間：2026-03-24

接上一篇怎么錄制與重放藍(lán)牙信號①

錄制硬件：

morephE包含一個(gè)專為2.4GHz ISM頻段定制的高性能接收機(jī)。例如，前端包含兩個(gè)高性能的F-BAR濾波器，以保護(hù)接收機(jī)前端免受附近蜂窩通信及類似傳輸

的干擾（參見下圖）。通過專門針對2.4GHz ISM頻段進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，morephE接收機(jī)的性能遠(yuǎn)超通用數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。

怎么錄制與重放藍(lán)牙信號②

一個(gè)特別重要的接收機(jī)參數(shù)是三階截取點(diǎn)(IP3)。該參數(shù)決定了由強(qiáng)信號非線性混頻產(chǎn)生的雜散產(chǎn)物的電平。例如，兩個(gè)強(qiáng)藍(lán)牙信號可能混頻產(chǎn)生第三個(gè)信號。

尤其值得關(guān)注的是，強(qiáng)的無線局域網(wǎng)信號可能混頻產(chǎn)生寬帶噪聲，實(shí)際上會(huì)提高接收機(jī)的噪聲基底。morephE接收機(jī)經(jīng)過專門設(shè)計(jì)以MAX IP3值，并在MAX靈敏度下實(shí)現(xiàn)了+7dBm的IP3。

該接收機(jī)架構(gòu)采用一次混頻至150MHz中頻(IF)并進(jìn)行直接數(shù)字化，這避免了在許多軟件定義無線電中常見的鏡像和直流偏移問題。

中頻信號由12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進(jìn)行數(shù)字化。根據(jù)ADC規(guī)格，這應(yīng)能在150MHz下實(shí)現(xiàn)69dB的信噪比(SNR)。在150MHz下的有效位數(shù)(ENOB)為112位。市面上有比特?cái)?shù)高得多的ADC，但在對150MHz信號進(jìn)行數(shù)字化時(shí)，這些額外的比特并不包含更多信息。這些更高比特?cái)?shù)器件所宣稱的動(dòng)態(tài)范圍并不比morephE中采用的12位ADC高。部分原因在于時(shí)鐘抖動(dòng)對信噪比的影響。下圖顯示了ADC時(shí)鐘抖動(dòng)如何影響可實(shí)現(xiàn)的信噪比。該圖表明，如果不想讓時(shí)鐘抖動(dòng)影響ADC性能（ADC以200MHz時(shí)鐘工作），則需要200飛秒(fs)或更低的時(shí)鐘抖動(dòng)。如此低的抖動(dòng)水平是很難實(shí)現(xiàn)的。morephE采用了TIPLLatimum系列時(shí)鐘凈化芯片，該芯片使用兩個(gè)鎖相環(huán)(PLL)來最小化時(shí)鐘抖動(dòng)。因此，盡管其他數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可能指定了更高比特?cái)?shù)的ADC，但這些比特并不包含更多信息，只會(huì)增加存儲(chǔ)需求。

怎么錄制與重放藍(lán)牙信號②

ADC的輸出通過FPGA傳輸?shù)絼?dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)中，該存儲(chǔ)器是運(yùn)行Linux的雙核ARM處理器系統(tǒng)的一部分。數(shù)據(jù)通過塊寫入的方式直接從DRAM傳輸?shù)焦虘B(tài)硬盤(SSD)，無需Linux內(nèi)核干預(yù)。這可以實(shí)現(xiàn)超過1GB/s的傳輸速率。SSD的存儲(chǔ)容量約為2TB，允許存儲(chǔ)長達(dá)3小時(shí)40分鐘的錄制內(nèi)容。

回放硬件：

在回放期間，數(shù)據(jù)通過塊讀取的方式從固態(tài)硬盤(SSD)傳輸?shù)絼?dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)，無需Linux內(nèi)核干預(yù)。FPGA從DRAM中取出數(shù)據(jù)，并對接收機(jī)和發(fā)射機(jī)模擬通帶應(yīng)用均衡器。然后，數(shù)據(jù)被傳遞到一個(gè)以800MHz時(shí)鐘工作的16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。與接收硬件一樣，我們同樣非常注重獲取極低抖動(dòng)的時(shí)鐘來驅(qū)動(dòng)DAC。DAC的輸出是150MHz的中頻(IF)信號，隨后被混頻至2.4GHz。最終信號使用與接收鏈路相同的F-BAR濾波器進(jìn)行凈化。

與接收機(jī)一樣，發(fā)射鏈路的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是其線性度，由三階截取點(diǎn)(IP3)指示。IP3不足將導(dǎo)致發(fā)射信號的不同分量之間發(fā)生混頻，實(shí)際上會(huì)提高噪聲基底并產(chǎn)生雜散產(chǎn)物。morephE發(fā)射機(jī)在Max輸出下實(shí)現(xiàn)了驚人的+30dBm的IP3。

morephE發(fā)射機(jī)的峰值輸出被限制在略高于0dBm。這樣做的原因以及添加外部附加放大的方法將在文檔后面討論。

自主操作：

morephE也可以無需連接主機(jī)運(yùn)行。應(yīng)用程序和控制腳本必須復(fù)制到USB記憶棒上。然后在設(shè)備通電前將記憶棒連接到morephE的USB接口。當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，Etherstore應(yīng)用程序?qū)?dòng)并讀取控制腳本。該腳本可以指示Etherstore應(yīng)用程序回放現(xiàn)有文件或開始新的錄制。

控制與圖形用戶界面（GUI）：

圖形用戶界面允許啟動(dòng)和停止數(shù)據(jù)錄制。可以在開始錄制前指定錄制時(shí)長，也可以手動(dòng)終止錄制，或者在存儲(chǔ)空間滿時(shí)自動(dòng)停止。在錄制數(shù)據(jù)之前，可以自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)整接收機(jī)前端衰減，以使接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍與待錄制的環(huán)境相匹配。

錄制的文件保存在內(nèi)部的2TB固態(tài)硬盤上,可以存儲(chǔ)多個(gè)文件,可以刪除單個(gè)文件。錄制只能寫入固態(tài)硬盤的連續(xù)區(qū)域,提供了一個(gè)工具來對固態(tài)硬盤進(jìn)行碎片整理,以便在開始新錄制前Max化連續(xù)空間。

錄制的文件可以通過USB或以太網(wǎng)傳輸?shù)街鳈C(jī)。由于錄制數(shù)據(jù)文件可能很大，傳輸時(shí)間可能會(huì)很長。通過USB傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，傳輸速度為3倍實(shí)時(shí)。通過以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，傳輸速度為6倍實(shí)時(shí)。傳輸?shù)奈募梢允窃紨?shù)據(jù)，也可以是經(jīng)過均衡以補(bǔ)償接收機(jī)模擬通帶失真的數(shù)據(jù)。

圖形用戶界面允許從內(nèi)部固態(tài)硬盤中選擇特定文件進(jìn)行回放。通過指定開始時(shí)間和持續(xù)時(shí)間，可以僅回放文件的一部分。

所選部分也可以循環(huán)播放，EtherStore應(yīng)用程序會(huì)自動(dòng)消除片段結(jié)束和開始之間的不連續(xù)性。默認(rèn)情況下，數(shù)據(jù)將以錄制時(shí)的相同電平回放。但是，圖形用戶界面也允許以其他電平回放。Moreph30的峰值輸出功率被限制在略高于0dBm。文件也可以從主機(jī)下載到morephE。這些文件可以是之前由morephE錄制的文件，也可以是用戶生成的測試場景。.

圖形用戶界面示例:

關(guān)于圖形用戶界面和應(yīng)用程序功能的更多信息，請參閱morephE用戶指南

總體布局：

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評分選項(xiàng)卡：

評分選項(xiàng)卡提供了有關(guān)射頻環(huán)境對藍(lán)牙設(shè)備運(yùn)行難易程度的詳細(xì)信息。射頻環(huán)境可以是當(dāng)前正在處理的捕獲文件，也可以是已加載到Etherstore應(yīng)用程序中的分析文件。評分選項(xiàng)卡還允許自定義一些控制評分算法的參數(shù)，例如，應(yīng)考慮低功耗藍(lán)牙(LE)還是經(jīng)典藍(lán)牙。

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藍(lán)牙空閑信道選項(xiàng)卡：

藍(lán)牙空閑信道選項(xiàng)卡科用于檢查特定信道可用于藍(lán)牙接收的可能性。計(jì)算是在錄制數(shù)據(jù)的可配置時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行的。

為了確定某個(gè)特定時(shí)間點(diǎn)信道是否空閑，需要檢查所有信道上的能量。這結(jié)合接收設(shè)備的載干比（C/I）特性，以確定藍(lán)牙接收所需的最小信號電平。

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輸出功率：

morephE的MAX峰值射頻輸出為0dBm。此限制是由于互調(diào)失真的要求。當(dāng)同時(shí)生成多個(gè)信號時(shí)，它們之間可能會(huì)產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物。morephE經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，可將這些雜散信號的電平降至Min。正是這一特性使得morephE能夠同時(shí)以High保真度生成微弱和強(qiáng)的干擾信號。

隨著輸出功率的增加，控制雜散信號變得更具挑戰(zhàn)性。因此，moreph30E的輸出功率被限制在0dBm左右。在某些應(yīng)用中，可能需要額外的放大。在選擇外部放大器時(shí)，重要的是其具有高的三階截取點(diǎn)(IP3)值，否則EtherStore應(yīng)用程序生成的各個(gè)信號將混頻在一起，產(chǎn)生不需要的雜散信號。包裝盒內(nèi)包含一個(gè)30dBm的外部放大器。

另一個(gè)適用的外部放大器是MiniCircuitsZHL30W262+，其1dB壓縮點(diǎn)為+43dBm，IP3為51dB，增益為50dB。使用此放大器時(shí)，輸出功率應(yīng)顯著低于1dB壓縮點(diǎn)。

包裝內(nèi)含：

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