解决方案 - 宽带多通道同步采集系统

成都彬鸿科技有限公司始创于2014年，总部位于成都市⾼新南区，公司致⼒于从事国产软件⽆线电仪器与装备的研发与⽣产。公司是国家⾼新技术企业、瞪羚企业、专精特新企业，具有完整的军⽤产品研发与配套资质。

⾃成⽴以来，以专业的军品型号质量为依托，结合多项核心专利与技术，同步在⼯业与⺠⽤领域进军转⺠产品的应⽤推⼴。 公司产品在多个国家重点型号中得到了应⽤，同时进⼀步在仪器仪表、5G/6G通信、毫⽶波与太赫兹等行业⼴泛推⼴。基于公司在软 件⽆线电技术领域的多年钻研与实践，实现了在该技术领域“可靠质量、加速验证、协助转化”的服务宗旨，成功帮助多家客⼾完成产品的快速开发与批量⽣产。

随着5G通信、相控阵雷达等技术的快速发展，传统单通道采集系统已⽆法满⾜⾼频、⼤带宽、多节点协同的 测试应⽤需求，宽带多通道同步采集系统是⾯向⾼速、多源信号协同采集需求的专业解决⽅案，其核⼼价值 在于解决宽带多信号源在时间维度上的精准对⻬问题。

利⽤USRP设备与软件平台搭建起来的宽带多通道同步采集系统，通过⾼集成度射频前端与纳秒级同步技术 的融合，突破性地解决了多通道信号采集中的时钟抖动、相位失配等关键问题，典型应⽤场景包括MIMO通信 系统验证、雷达相控阵以及分布式频谱监测等。

使⽤该系统可加速⽤⼾在教学科研、原型机开发和算法验证⽅⾯实现从理论仿真到实际应⽤的过渡，为复杂 电磁环境下的⾼精度信号分析提供基础设备⽀撑。

宽带多通道同步采集系统基于信号同步技术，主要包含3台USRP采集设备、1台时钟分配设备、1台数据交换 设备、1台信号处理设备、3套阵列天线，系统框图如下图所示。

USRP采集设备采⽤UCRP 4320平台，该平台以X ILINX   XCZU 19 EG   SOC处理器为核⼼，搭配两⽚A DI  ADRV9009射频集成芯⽚，可选配集成Jetson Xavier NX⼈⼯智能处理模块，应⽤于智能信号处理与⽣成。 UCRP 4320提供了瞬时带宽⾼达200 MHz的4收4发射频通道。通过时钟参考⽅案以及外接的G PS同步，  UCRP可以⽀持⾼性能的MIMO通信系统，提供了部署⼤规模的可靠分布式⽆线系统的可能。通过扩展选件，  UCRP覆盖了从直流DC到6GHz的全频率范围，满⾜了sub 6G的5G频段需求。基于Matlab硬件驱动API和 Xilinx FPGA  HLS的开发框架，以及bhSDR软件系列产品，减少了软件开发的⼯作量和各种⼯业标准⼯具的 使⽤。⽤⼾可以快速的进⾏原型机验证和可靠地部署各种SDR应⽤：如5G原型、相控阵雷达、频谱监测、通信 数据链等。

系统使⽤的OctoClock-G CDA-2990是⼀个⾼精度的时钟分配设备，能够使⽤内部的GPSDO或外部的时钟 源产⽣8路同频同相的10MHz参考信号和PPS信号。

我们可以利⽤CDA-2990同时对8台UCRP4320进⾏时钟同步，可以使系统扩展⾄32通道，进⽽实现很多的相 控阵应⽤，例如波束形成，超分辨测向，或⼤规模MIMO系统。

数据交换设备⽤来连接信号处理设备与UCRP4320，实现⾼速数据汇聚传输。根据传输的数据量大小可选配千兆⽹交换机或者万兆⽹交换机，⽐如华为S5735S-S24S4X-A，可同时⽀持24⼝千兆以太⽹交换和4⼝万兆光⼝。

拥有⾼性能的处理器，可以是PC机、⼯控机或服务器，⽤来处理来⾃UCRP4320的基带信号，为用户验证理论、开发复杂系统算法提供保障。

对于需要采集空间电磁波信号的场景，可选⽤棒状天线或阵列天线。

接下来我们以分布式⾼精度测向定位应⽤为案例，介绍宽带多通道同步采集系统的搭建与测试验证。

案例中分布式地部署了3个站点，每个站点间隔约20⽶，站点通过以太⽹进行数据传输。

每台UCRP4320设备⽀持4个接收通道和4个发射通道，案例中单设备使⽤4个接收通道，系统共12个接收通 道，各射频通道通过射频线缆分别连接到3个4阵元线阵天线。

OctoClock-G CDA-2990时钟分配设备可以提供8路10MHz时钟信号和8路1PPS同步触发信号。

⽤同轴线缆连接时钟分配设备的1 0 M H z输出⼝到U C R P 4 3 2 0 的R E F   I N端⼝，连接P P S   O U T⼝到UCRP4320的TRIG In端口。

使⽤RJ45线缆将3台UCRP4320的千兆以太⽹⼝分别连接到交换机，PC与交换机之间也通过RJ45电缆连接。

我们以分布式高精度测向定位应用为案例，展示了宽带多通道同步采集系统的设计与部署实现，并且测试了各通道的同步性能，单设备内4个通道相位误差为1°以内，设备间12个通道相位误差为5°以内。