LimeSDR性能参数介绍及如何用它实现通信过程

1．什么是SDR？
SDR (Software Defined Radio)，软件定义的无线电。
软件定义无线电（SDR）是一种无线电通信系统，通过软件来实现传统无线电系统中用硬件实现的模块（例如混频器，滤波器，放大器，调制器/解调器，检测器等）。简单说来 就是以“软”换“硬”，这样可以通过修改软件，灵活配置修改无线电系统。实际上，SDR包含了很多东西，很难用一句话来描述。技术在发展，限制仍被探索。灵活性是SDR追求的核心，灵活性从基带数字处理逐渐延伸到射频前端，比如灵活的硬件（如CPLD或者FPGA），灵活的射频前端混合硬件（FPRF）。
2．LimeSDR构造图。
主要技术参数：

和其他SDR性能参数对比：


IC1-FPRF LMS7002M transceiver 这个是可现场编程射频门，是整个SDR中最重要的一个器件，承担着信号的收发
IC6-Cypress USB3.0 controller 这个是赛普拉斯USB3.0的控制器
IC9-Temperture sensor 这个是一个温度传感器，与LimeSuite连接后可以读取板子的实时温度
IC31- Altera CYCLONE IV 这是一个FPGA，可以自己定义固件
LEDS1，LEDS2-4 ststus indication LEDs 这个是LED指示灯，当你使用GRC，Pothos，LimeSuite向LimeSDR发出指令时，这些灯就会闪烁。
J17、J18都是FPGA的引脚，一个使用GPIO，一个使用JTAG
射频部分 ：
上一幅图的右三分之一部分，那个地方布满了十个ipex转SMA的连接头，通过LMS7002M处理后的信号或者接收外部的信号都通过这个进行收发。LimeSDR有两个接收/发送对，可用于从Rx到2×2 MIMO的任何东西。RF连接器总共有10个，但IC中只有2个Rx和2个Tx可用，为了在某些频率范围内提供性能改进，为低频段和高频段RX / TX提供了端口（10个中的8个）。此外，还有一个覆盖最后两个端口的宽带RX通道。通过为特定频率提供多个信道，保持灵活性和性能将是非常困难的并且包括（可能太远）每个信道提供单个RX / TX端口。
TX1_1 / TX2_1 =宽带
TX1_2 / TX2_2 =宽带
RX1_1 / RX2_1 =低频带特定<1.5GHz
RX1_2 / RX2_2 =高频带特定> 1.5GHz
RX1_3 / RX2_3 =宽带100kHz至3.8GHz

3.关于射频收发器（RF收发器）
射频收发器，射频简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。有线电视系统就是采用射频传输方式的。
在电子学理论中，电流流过导体，导体周围会形成磁场；交变电流通过导体，导体周围会形成交变的电磁场，称为电磁波。
在电磁波频率低于100kHz时，电磁波会被地表吸收，不能形成有效的传输，但电磁波频率高于100kHz时，电磁波可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力，我们把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频，英文缩写：RF
4.如何实现通信过程
（1）发射信号
首先看笔记本结构最上面的SDR程序。这个程序就是我们用软件来实现的通信模块，在笔记本上我们可以用各种高级编程语言来编写各种通信模块，例如Turbo编码模块，OFDM模块等。鉴于SDR系统对实时性要求较高，所以我们一般使用C或C++语言来编写SDR程序。SDR程序里面包含了通信系统完整的协议栈，如果我们写的是LTE系统，则包含PHY、MAC、RLC、PDCP、RRC、NAS甚至MME等；而如果我们的是WiFi系统，则包含PHY、MAC、LLC等。SDR程序的主要功能是处理系统的基带数据。

接下来是驱动模块，不同的外设使用的驱动也不一样，
　　接下来是系统的各种系统库和系统调用的接口以及内核。强调一点，大部分SDR程序都是基于Linux来开发的，很少基于Windows开发。因为Linux系统开源，而且实时性较好。这一块主要涉及操作系统方面的知识，我们不在这里深入讨论。

接口是USB3.0。外设接口的选择也很重要，接口的传输速率必须快，不能成为整个系统的瓶颈。现在大部分外设都是用USB3.0或者以太网网口作为外设接口。USB3.0的接口速度可以达到500MBps，基本能满足大部分通信系统的需求。

接着笔记本电脑通过USB3.0把数据传输给LimeSDR。SDR最底下的两个模块是发送控制模块和数字上变频模块（DUC）。这两个模块是用FPGA里面实现的，用FPGA实现的好处是处理速度快。发送控制模块好理解就是用来控制整个USRP的发送行为，例如什么时候发送等。DUC模块是为了把电脑产生的基带数据上变频到中频。之后数字信号经过DAC之后转化为模拟域的数据，数模转化之后需要过一个低通滤波器使信号变的更加平滑。最后中频的模拟域数据在于晶振产生的信号相乘把我们的中频信号调制到制定的射频频点上。

最后射频信号再经过功率放大器把信号发射出去。信号放大器里面也有很多知识可以学习。例如信号放大器分为A类，B类和C类等，具体每一类的特征本文就不具体解释了。我们可以通过UHD提供的库函数来修改发射信号的发射增益，即tx_gain。tx_gain这个参数对信号的影响还是挺大的，tx_gain设置的太小导致信号功率太小，而如果设置的过大可能会导致系统的低噪上升，也有可能会影响其他通信系统的正常工作。

（2）接收信号
可能有人会问为什么要经过两次变频。我们以SDR接收机给大家讲解。右边是USRP的接收示意图，USRP接收示意图与发射示意图稍有不同。

首先接收部分的放大器变成了低噪放，顾名思义，低噪放就是低噪声的放大器，本质上还是个放大器。因为接收的信号里面包含了信道的噪声，接收机不能把噪声放的过大。

信号经过低噪放后与晶振产生的信号相乘把信号下变频到中频，同样地再经过一个低通滤波器把信号变得平滑。

之后中频信号经过ADC把模拟域的信号转到数据域。ADC是很重要的一个部件。ADC主要由两个参数，采样精度和采样率。采样精度表示采样后的信号用多少bit来表示，例如LimeSDR的ADC精度为12 bits，即采样后的每一个数据用12bits来表示。采样率就是系统的采样速率，LimeSDR的采样速率为61.44MS/s。
　　同样地信号经过ADC之后，数字信号被送入FPGA模块处理。FPGA里面包含两个模块，数字下变频和接收控制。接收控制用来控制整个系统的接收流程，例如什么时候开始接受等。数字下变频即DDC，用于把信号从中频下变频到基带。