SJ 21508-2018 软件无线电通用接收技术设计要求[电子].pdf

中华人民共和国电子行业标准FL 1290 SJ 21508-2018 软件无线电通用接收技术设计要求Design requirements for general receiving technology of software defined radio 2018-12-29发布2019-03一01实施国家国防科技工业局发布SJ 21508-2018 目IJ1=1 本标准由中国电子科技集团有限公司提出。本标准由工业和信息化部电子第四研究院归口。本标准起草单位:中国电子科技集团公司第三十六研究所。本标准主要起草人:何斌、楼财义、刘莱蕴且汲、柴光辉、何敏仙。SJ 21508-2018 软件无线电通用接收技术设计要求1 范围本标准规定了软件无线电通用接收设备的功能框图、动态重构、数据交换格式等一般要求和接收技术体制、性能指标、设计实现、接口设计、结构设计、通用特性设计等详细要求。本标准适用于军用通信、电子对抗AJ嗣费领域辆轿响顿建豆电装备中通用接收设备的设计、开发，其他领域的软件无线电通用接收边A喃设也1曹苦百2 规范性引用文件/丁下列文件中修改单(不是否可使用GJB 1 GJB 1 GJB 1 GJB/Z 1 SJ 21418-2018 SJ 21420-2018 SJ 21422-2018 SJ 21424-2018 3 术语和定义3.1 3.2 SJ 21418-2018确立的以及下列术语和定义适用于本标准。中频采样intermediate frequency sampling 通过一次或多次变频将射频信号搬移至固定中频，再对中频信号进行采样。射频直接采样radiofrequency direct sampling 只对射频信号放大滤波，再对射频信号进行采样。件，其随后所有的协议的各方研究SJ 21508-2018 3.3 正交采样orthogonal sampling 将射频信号搬移到固定中频，再对中频信号进行正交混频，经低通滤波后形成两路零中频正交信号，对两路正交信号进行采样。4 缩略语下列缩略语适用于本标准。AlD一-analog/digital，模拟/数字;ASAAC一-alliedstandard avionics architecture council，联合标准航空电子系统结构委员会;CAN一一-controllerarea network，控制器局域网:CPCI-一-compactperipheral component interconnect，紧凑型PCI总线;Hv伍A一一-failuremode and effects analysis，故障模式与影响分析;Fl伍CA一-failuremode,effects and criticality analysis，故障模式、影响与危害分析:12C一一inter-integratedcircuit，集成电路总线;LVDS一一一一lowvoltage differential signaling，低电压差分信号:MLVDS一-.multipoint low vo1tage differential signaling，多点低电压差分信号:N一-Nseries,N系列连接器:PCle一-PCI-Express，快速PCI总线;SFDR一-spuriousfree dynamic range，无杂散动态范围;SMA一-subminiature A，超小A型连接器;SPI一-serialperipheral interface，串行外设接口:SRIO一-serialrapid I10，串行快速输入输出总线;VPX一一-versatileptotocol switching，VITA46系列规范。5 一般要求5.1 功能框图根据SJ21420幅2018规定的软件无线电硬件架构组成，软件无线电通用接收设备主要包括模拟接收通道和AID两部分，如图1所示。射旦国副G量化数据图1软件无线电通用接收技术功能框图5.2 动态重构要求2 软件无线电通用接收设备的可重构、可扩展一般要求如下:a)应采用通用模块化结构设计，具有通用控制和数据总线，可通过模块种类和数量的组合以及简单的连接，实现功能重构;b)应进行可扩展设计，包括但不局限于频段扩展、带宽增加、增益可调，可通过改变内部信号流实现相对于参数配置所能取得的更大范围的变化;c)AID的采样率应采用软件配置方式进行设置，在满足采样率要求的前提下，选择具有较大动态范围的AID器件，以适应工作带宽内的不同强度信号:SJ 21508-2018 d)在一般性应用时，应满足全部可重构、可扩展要求:在小型化集成化应用时，可部分满足可重构、可扩展要求。5.3 数据交换格式要求软件无线电通用接收设备的数据交换格式应符合SJ21424町2018的要求。6 详细要求6.1 接收技术体制要求6.1.1 技术体制分类根据应用情况的不同，软件无线电a)中频采样体制;b)射频直接采c)正交采样体制6.1.2 中频采样中频采样体制军用通信、6.1.3射射频直接在军用通6.1.4 正交采样体制正交采样体制功能框图如图在雷达领域中，除采用中频采样体制外，图4正交采样体制零中频采样功能框图3 SJ 21508-2018 6.2 性能指标要求6.2.1 模拟接收通道通用指标6.2.1.1 工作频率范围模拟接收通道的工作频率范围应至少大于系统正常工作要求的频率输入范围。其中雷达和雷达对抗的工作频率范围一般为0.35GHz-40 GHz，军用通信和通信对抗的工作频率范围一般覆盖长波、短波、超短波以及卫星通信等频段。6.2.1.2 输入限幅设计模拟接收通道的输入端应进行限幅设计。雷达和雷达对抗的最大连续波输入功率不小于2W，军用通信与通信对抗的最大连续波输入功率不小于1Wo 6.2.1.3 噪声系数噪声系数指标直接影响接收灵敏度，应尽可能将第一级低噪声放大器靠近模拟接收通道的输入端。对于整个模拟接收通路，超短波及以上频段的噪声系数应小于4dB，短波及以下频段的噪声系数应小于15 dB。卫星通信应用时应采用品质因数，其大小由频段和天线口径决定，条件允许情况下应选择品质因数较大的设计。6.2.1.4 接收灵敏度模拟接收通道的接收灵敏度跟噪声系数关系较大，应结合接收目标信号的带宽、信噪比要求以及接收通路的噪声系数和增益进行计算o6.2.1.5 通道增益模拟接收通道的增益指标应结合接收灵敏度和动态范围进行设计，还应匹配岛。的最小输入电平，过大或过小的通道增益都会影响接收性能。模拟接收通道的增益应设计为20dB-40 dB，在卫星通信应用时，可设计为50dB-70 dB，根据具体应用情况可对增益指标进行适当调整，以满足最佳接收性能。6.2.1.6 截点值接收系统中各级电路对二阶、三阶截点值都有影响，增益、噪声系数与输入三阶截点值关系密切，同时噪声系数和输入截点值互相制约和影响。应建立仿真模型，进行增益、截点值、噪声系数的综合考虑。超短波及以上频段输入二阶截点值应大于十20dBrn，输入三阶截点值应大于.;10dBm。短波及以下频段，输入二阶截点值应大于+45dBm，输入三阶截点值应大于+10dBm。6.2.2 模拟接收通道中频采样体制的指标6.2.2.1 中频输出的中心频率和带宽设计根据应用和频段不同，巾频输出的巾心频率和带宽有多种选择，应根据系统的要求和AID的输入频率范围选择，推荐采用701任Izl20MHz、701征Izl36MHz、1401.任Izl601征Iz、1200孔任Izl5001但z等标准中频。军用通信一般采用70阳Izl36MHz、70MHzl20 MHz或更窄带宽，其余几种中频电子对抗和雷达均有一定应用。如标准中频不能满足使用要求，可按照带通采样定理来确定中心频率和带宽，中心频率计算方法见公式(I):!c=(2n+I):五14，.(1)式中:!c 一一中频输出的中心频率:Is 一-AID采样率，fs二三2B;n一-0、1、2、，B 一一中频带宽。但Ifc并非一定严格按该公式确定，可在满足抗混叠要求条件下，根据实际应用情况在计算结果基础上略作调整。4 SJ 21508-2018 6.2.2.2 中频滤波器带外抑制中频滤波器的带外抑制应满足岛。抗混叠采样和接收动态范围的需要，其指标应不小于50dBo 6.2.2.3 中频滤波器矩形系数中频滤波器的矩形系数应满足AID抗混叠采样的需要，应根据中心频率、采样率和中频带宽来计算。在中心频率与带宽之比小手4时，矩形系数应小于2。6.2.2.4 相位噪声对于采用混频设计的模拟接收通道，本振的相位噪声会带来接收系统额外的信号质量恶化，影响接收的灵敏度和瞬时动态范围。应选择相位噪声性能较好的频率源器件，优化锁相环等电路设计。模拟接收通路的相位噪声指标应小于-100dBc!Hz1 kHz、-110dBc!HzlO四z、-120dBc!Hz100 kHz，在满足指标要求的情况下，尽可能降低相位噪声。6.2.2.5 中频抗拒比对于采用泪频设计的接收系统，应重点考虑、第一中频的抗拒比，选择带外抑制性能足够的滤波器。中频抗拒比指标应不小于70dBo 6.2.2.6 竟频抗拒比对于采用混频设计的接收系统，有几次混频就有几组镜像频率，应选择带外抑制性能足够的滤波器。镜频抗拒比指标应不小于70dB。6.2.3 模拟接收通道射频直接采样体制的指标6.2.3.1 射频滤波器分段射频滤波器应按亚倍频程分段，并根据接收输入频率范围、输出带宽确定AlD的采样盲区数，然后根据采样盲区数，确定西D的采样频率值，进而计算射频分波段滤波的频率范围划分范围。6.2.3.2 射频滤波器带外抑制射频滤波器带外拥制应满足AID抗混叠采样和接收动态范围的需要，应满足不小于60dB。6.2.4 对正交采样体制的指标6.2.4.1 正交混频器设计为保证信号的正交性，在模拟正交混频时，要求两路本振的相位差范|封为900士10，两路本振的幅度差范围为土0.25dB。6.2.4.2 低通滤波器带外抑制正交混频低通滤波器应满足AID抗混叠采样要求，其带外抑制应不小于60dB。6.2.4.3 低通滤波器相位一致性两路正交低通滤波器工作带宽内相位一致性范围为士1006.2.5 A/D指标6.2.5.1 输入频率范围应根据模拟输入信号的中心频率和带宽来计算输入频率范围，选择相应性能的却。器件。AID的输入频率范围应至少大于工作中心频率加上工作带宽。6.2.5.2 输入电平范围应综合考虑接收灵敏度、通道增益和岛。的其他指标，在满足其他性能指标的前提下，选择输入电平范围较宽的AID器件。6.2.5.3 A/D采样率设计6.2.5.3.1 通用要求应根据输入频率范围、输入带宽以及模拟接收通道滤波器指标、信号处理能力进行综合考虑儿。的采样率，既要满足无失真采样的要求，还要考虑降低系统实现难度。5 SJ 21508-2018 6.2.5.3.2 低通采样的采样率设计低通采样时的AlD采样率应满足奈奎斯特采样定理。设低通信号最高频率为元，则采样率至少需满足Is二三级10实际应用中，应根据低通抗混叠滤波器性能，选择满足抗混叠要求的采样率进行过采样。6.2.5.3.3 带通采样的采样率设计对带通信号采样，采用低于奈奎斯特速率的采样率也可以无失真采集需要的信号。设带通信号为(丘，血)内信号，则理论上只需要满足五二2CfH:乱)，且1s=2CfL听I)/(2n+I)，其中n=O、1、2、.。但考虑到抗混叠滤波器的实现难度，!S的数值还应采用满足抗混叠要求。式中:r 一一扩1昆叠滤Br 一一信号带B 一一采样五抗混6.2.5.4 动态范围.，吨用w:.牛.动态范围决定了AI时知道唏脚附艇衡阳态范围。应根据工作带宽来确定所需要的SFDR。具体要-.-a)工作带宽不大于100阳-Iz肘，AID的SFD页宜夭于70dB;的工作带宽大于100阳也、不大于500MHz时，岛。的SFDR宜大于60dB;c)工作带宽不小于500孔但z时，岛。的SFDR宜大于35dB。6.2.5.5 转换位数AID的转换位数决定了其动态范围，在选择AID器件时，应根据动态范围的指标来估算所需AID的转换位数。具体要求如下:a)当SFDR要求不小于70dB时，岛。的转换位数应不小于14位;b)当SFDR要求不小于60dB时，AID的转换位数应不小于12位;c)当SFDR要求不小于35dB时，却D的转换位数应不小于8位。6 SJ 21508一20186.2.5.6 阻抗匹配岛。的输入阻抗和模拟接收通道的输出阻抗应进行匹配设计。实际应用时，可采用射频变压器组合或专用驱动电路进行模拟接收通道输出阻抗和AID的输入阻抗之间的匹配。6.2.5.7 增益匹配在满足接收系统灵敏度要求的前提下，模拟接收通道的增益要与AID的输入电平范围进行匹配设计。模拟接收通道的增益应保证将灵敏度范围的信号放大到大于A/D的最小输入电平，但模拟接收通道的增益也不宜过高，否则将影响接收动态范围性能。在选择ND器件时，应根据模拟接收通道的增益情况，优先选择最匹配灵敏度和增益指标的器件。6.2.5.8 多通道采集同步为满足多通道同步采集的应用要求，应进行以下设计:a)应保证多通道ND采集的时钟同步，宜采用同源时钟作为采样时钟;b)应进行同步触发的设计;c)采用数据交换总线传输同步采样数据时，应附加采样时刻标识。6.3 设计实现要求6.3.1 硬件设计硬件设计除应满足SJ21420-2018要求，还应满足以下要求:a)硬件电路应具备可重构、可配置能力，满足不同应用的需求:b)硬件电路应按照通用化、系列化、组合化的要求设计，满足扩展升级需求;c)硬件设计应采用多路同步设计，以满足多通道接收的应用需求。6.3.2 软件设计软件设计要求如下:a)软件设计应按相关设计规范及标准文件的要求执行;b)软件设计应满足传输实时性要求和SJ21422-2018中规定的总线速率要求:c)软件设计的重构速度应满足实时性要求，加载时间一般不大于Is;d)软件设计应进行降额设计，包括但不限于处理速度、吞吐速率、传输接口和可编程资源使用情况等，为后续软件升级预留资源，建议降额度不大子80%。6.3.3 元器件选型元器件选型要求如下:a)元器件选型应根据系统国产化率要求严格控制国外进口元器件的数量和比例，禁止采用国外存在安全性风险或已停产的元器件。其中采用的国产化元器件和进口元器件应符合国家相关要求;b)应选用按相应军标检验合格的元器件，对未按军标供货的元器件应进行必要的评价和筛选，以保证其满足质量要求，具体要求自产品规范规定。c)元器件的降额设计参照GJB/Z35-1993相应元器件的降额等级，具体要求由产品规范规定。不能使用降额补偿的方法来解决低质量等级的元器件的使用。6.4 接口设计要求6.4.1 接口关系接口关系如图6所示，具体要求如下:a)模拟接收通道接收来自天线接口单元的射频信号:b)模拟接收通道将中频信号或射频信号送入AID进行采样;c)ND的采样数据通过数据交换接口传输到数据传输与交换;d)模拟接收通道和AID接收来自数据传输与交换的控制指令，发送自身状态信息。7 SJ 21508-2018!射频:天线接口i 数据总线控制总线图6软件无线电通用接收设备的接口关系图6.4.2 接口设计接口设计除应满足SJ21422-20 a)模拟接口设计要求:宜选用常用的射b)控制总线接总线接口a)b)d)0 据工作频段和系统要求不同，标波导等连接器;硬件状态信息。控制采用以太网、SRlO、定制;间传输应优光纤等传输载。在小型化6.6 通用特性6.6.1 电磁兼容性设计电磁兼容性设计除应满a)对电路模块内部的晶振行电磁屏蔽密封处理:b)对电路模块的电源输入端应使用电源滤波器，对集成电路电源输入端应进行电源滤波、电源去祸等处理，各功能单元的直流电源输入接口应进行滤波，进行级间隔离;c)对电路模块应实现信号地共地连接，对电路板进行可靠接地层设计;特别对AJD电路部分，应隔离电源和接地，以防止其他电路的信号对AJD器件的正常工作造成影响;d)模拟信号传输的各个功能单元之间应实现阻抗匹配，同时要实现不同频率之间、大小信号之间的相互隔离;e)模拟接收通路电路模块内部串行控制线应设计RC滤波器，避免高频脉冲干扰造成控制数据传输错误。6.6.2 可靠性设计可靠性设计应满足以下要求:8 SJ 21508-2018 a)硬件模块应进行热设计，降低模块功耗，控制电路内部工作温度:b)简化电路设计和结构设计，减少元器件和机械结构零件的数量和种类:c)软硬件应进行降额设计，在满足性能指标的情况下保留一定的性能余量，元器件降额设计应按GJB/Z 35-1993规定执行:d)硬件设计应进行故障模式与影响分析或故障模式、影响与危害分析，并根据分析结果进行优化设计:e)软件设计应提供正确、连续、长时间的操作能力。6.6.3 维修性设计维修性设计应满足以下要求:a)硬件模块尽量采用通用模块设计，以现场更换模块的方式进行维修;b)模块结构尽量采用盲插拔和锁紧固定安装方式;c)电路模块维修应尽量避免使用专用工具和特制工具;6.6.4 测试性设计测试性设计应满足以下要求:a)电路模块上每个元器件应有清晰的标志:b)电路模块应尽量设计通用或专用的测试夹具，可使用测试夹具对电路模块独立进行测试;c)电路模块应设置必要的电路测试点和模块检测接口，可通过故障指示判断是否有故障情况，应能迅速定位到故障点，测试点旁应有永久性标记。当要求顺序测试时，测试点应按顺序标记;d)电路模块上的指示灯和测试点应位于便于观测的位置，需调整的元件应置于容易接近的位置;各功能单元电路的射频信号连接尽可能设计为接插件连接;e)软件设计具有可测试性、可维护性，按GJB/Z141-2004要求开展软件测试。6.6.5 保障性设计保障性设计应满足以下要求:a)电路模块应尽量具有环境和电路监测电路，具备通过数据接口上报监测参数功能:b)电路模块如不具备内置检测电路，必须支持外部可选注入检测信号的接口;c)应提供详细的使用维修说明书和技术说明书。6.6.6 安全性设计安全性设计应满足以下要求:a)电路模块的电源输入应明显醒目的标示输入范围，按规范要求进行接地设计，有条件情况下应设计电源保护电路:b)电路模块接插件应具有防插错措施和标识，接插件管脚的定义尽量采用通用规定:c)电路模块结构设计时，应避免有锐利的棱边或尖角;d)软件生存周期内按照GJB/Z142-2004实施软件安全性分析，软件设计符合GJB/Z102A-2012,对数据的错误输入具有保护机制。6.6.7 环境适应性设计环境适应性除应满足GJB150.3A-2009、GJB150.4A-2009中规定的温度等要求，GJB 150.16A-2009 中规定的振动等要求，GJB 150.9A-2009、GJB150.lOA-2009、GJB150.11A-2009中规定的三防等要求，还应满足如下要求:a)电路模块的元器件、材料和印制板的选用应满足系统环境温度的要求;必要时，应对模块进行温度补偿设计:b)单个过重或过大的元器件要有必要的散热和避震加固措施以满足冲击、振动的要求:c)从元器件和材料、印制板组件、部件等各方面都应进行三防设计;d)电路模块的金属材料应选用具有耐腐蚀性能的材料，并进行适当的耐腐蚀处理;9 SJ 21508-2018 10 e)电路模块的非金属材料根据使用要求选用耐高温、耐低温性能好，吸湿性低，透湿性小，抗霉菌性能好，具有必要的机械强度，有足够的绝缘强度，有阻燃性能好的材料。禁用棉、麻、丝绸及其制品。