본 기술백서는 FPGA 칩이 내장된 광대역 IF 디지타이저의 다양한 성능을 RF 신호 스트리밍의 맥락에서 설명합니다. 광대역 신호 스트리밍, 가변 버스트 신호 레코딩, 협대역 신호 모니터링을 주제로 합니다.

확인 및 검증 테스트, 스펙트럼 감시, 다중 신호 GNSS, 소프트웨어 정의 리시버 등 다양한 분야에서 RF 신호를 수집, 리얼타임 처리 및 레코딩하는 작업이 요구되고 있습니다. 현대의 아날로그-디지털 컨버터(ADC) 기술은 직접 샘플링 리시버를 2 GHz 이상으로 작동시킬 수 있습니다. 이는 채널 간 긴밀한 동기화가 필요한 멀티채널 시스템의 리시버 아키텍처를 간소화합니다. 스펙트럼 감시, 초지평선 및 패시브 레이더, 안테나 측정을 위한 방향 탐지 시스템의 경우도 마찬가집니다. 더 빠른 스펙트럼 스캐닝과 새로운 유형의 레이더에 대한 수요가 증가함에 따라 즉각적으로 넓은 대역폭과 함께 리얼타임 신호 처리가 가능한 리시버가 필요해졌습니다.

RF 스트리밍 시스템은 일반적으로 고대역폭의 손실 없는 스트리밍과 협대역 스트리밍의 두 가지 형태로 분류됩니다. 첫 번째 유형은 가능한 모든 대역폭을 레코딩하며, 현대 어플리케이션에서 이것은 초당 기가바이트의 데이터가 2 GS/s 이상으로 샘플링된다는 의미가 있습니다. 능동형 레이더 시스템은 일반적으로 광대역 스트리밍을 활용합니다.

그러나 대부분의 유용한 정보는 특정 협대역에 집중되어 있기 때문에 등장한 것이 두 번째 유형의 스트리밍입니다. 협대역 스트리밍은 데이터 감소와 인라인 신호 처리를 지원합니다. 이러한 시스템은 여러 개의 중심 주파수로 비교적 좁은 대역을 점유하는 HDD 신호의 스트리밍을 요합니다.

패시브 레이더 어플리케이션으로 수집, 스트리밍 및 분석(레코딩)된 협대역 신호의 예는 국가에 따라 6 MHz에서 8 MHz의 대역폭이 특징이며 VHF/UHF 주파수 범위에 있는 DVB-T(지상파 디지털 비디오 방송) 또는 ATSC(고급 텔리비전 시스템 위원회) 트랜스미터에서 얻을 수 있습니다.

GNSS 다성상 리시버 테스트는 협대역 스트리밍의 또다른 예로서 GPS L5/L2와 GLONASS G1 및 G2 신호를 사용합니다. 사용자는 몇 MHz 이내의 신호에만 집중할 수도 있으나 이러한 신호의 간격은 수백 MHz에 이를 수 있습니다. 스트리밍 시스템은 이러한 광대역 신호를 수집한 후 다운컨버전, 데시메이션, 동등화, 교정을 진행해야 합니다. 이렇게 얻은 협대역 신호는 복조화와 디코딩, 추가 필터링, 증폭을 거쳐 HDD에 저장되거나 이러한 기능들이 결합됩니다.

하이 레벨의 일반 스트리밍과 채널라이징 어플리케이션은 그림 2와 같이 나눌 수 있습니다.

광대역 스트리밍에 관한 과제를 효과적으로 이해하려면 먼저 IF 리시버의 기술 사양을 이해해야합니다. 본 백서는 PXle-5624R 모듈을 집중적으로 다룹니다. IF 리시버는 믹서, IF 리시버, LO의 신호 소스로 구성되는 벡터 신호 분석기의 일부입니다. 예시가 되는 벡터 분석기의 아키텍처는 고성능 26.5GHz 광대역 신호 분석기 PXle05668R 소개 기술백서에 설명되어 있습니다.

IF의 일반적인 주파수 범위는 5MHz - 2GHz, 대역폭은 800MHz입니다 (세부사항은 기술 사양 참조). 유학 대역 노이즈 (디더) 신호를 추가하면 ADC의 양자화 효과를 줄이고 스펙트럼 성능을 개선할 수 있으며 ADC는 최대 2GS/a에 12비트 분해능의 신호를 샘플링합니다. 온보드 FPGA는 이러한 샘플을 처리하고 PCI Express Gen 2x8을 통해 데이터를 기타 디바이스(PCI Express 컨트롤러, RAID)로 전송하며 이를 통해 이론적으로 최고 4GB/s의 속도로 데이터를 스트리밍할 수 있습니다. 광대역 스트리밍 사례에서 FPGA는 들어오는 모든 데이터를 대상으로 1회의 디지털 다운컨버젼(DDC)만을 수행하며, 이후 소개할 협대역 사례에서는 여러 차례의 독립적 다운컨버전을 수행합니다.