同步传输数字阵列天线基带激励数据的方法技术

本发明专利技术公开的一种同步传输数字阵列天线基带激励数据的方法，旨在提供一种通道相位误差小，数字处理部分处理简单，功耗小的基带激励数据的方法。本发明专利技术以光纤作为采集端与接收端远距离传输媒介，采集端1～N个模/数转换器ADC1～ADCN对射频信号进行数据采样，并转换成中频信号，分别按照JESD204B协议进行数据打包并转换成高速串行数据流，送往电光转换模块将其转换成光信号，转换后通过光纤光电转换模块将光信号恢复成电信号送往接收端FPGA1‑FPGAK，并完成数据恢复，然后通过通道校准完成数据对齐，数据对齐后的采样信号同步传输至接收数据处理端FPGA全链路数据同步传输同源同步时钟网络实现数据同步处理。

【技术实现步骤摘要】
同步传输数字阵列天线基带激励数据的方法
本专利技术涉及测控、光纤通信和时间频率同步技术等领域的数字阵列天线DAA，特别涉及数字阵列天线多通道数据光纤通信同步传输的方法。
技术介绍
随着光子学技术的发展和光纤成本的大幅度降低，光纤传输在相控阵天线中得到了广泛的应用。将光学技术引入到相控阵天线中带来了很多优点，以光纤作为传输介质重量轻、尺寸小、灵活性好、抗电磁干扰(EMI)和电磁脉冲(EMP)能力强、损耗小，可以解决电缆馈电带来的尺寸和重量的限制，以及导电电缆干扰发射单元辐射方向等问题。并且由于其控向角与微波频率无关而消除了天线方向性斜偏。采用光控技术用光纤与光子器件来实现相控阵天线具有诸多的优点。相控阵天线通过采用光实时延迟线延迟时间的方法有效地抵消孔径渡越时间的限制,使用光控波束形成网络实现的光控相控阵天线波束的形成与扫描,具有大的瞬时带宽、无波束斜视效应、低损耗、小尺寸、抗电磁干扰、探测距离远等一系列优点。对于大面阵天线的控制，串并混合式光纤系统比单一串行或全并行光纤系统具有许多优点。相控阵天线信号传输采用光纤通道传输信号时，需要采用适合光纤传输的编码格式。由于传统模拟相控阵天线只能形成一个扫描波束，在多目标通信，多目标实时跟踪等应用领域有一定局限性。相控阵天线在无线信道传输时，基带信号必须通过调制才能传输。通过数字接收机调制把基带信号搬移到载波通带，既可以在一条信道上传输多路信号实现频分复用，还可以降低天线的尺寸，此外调制还能减少干扰的影响。数字基带信号经过调制通过天线发送出去而接收端则要通过解调恢复出原来的数字基带信号。随着射频集成电路技术和数字信号处理技术的迅速发展，数字阵列天线(DAA)受到越来越广泛的关注和研究，相比相控阵天线而言，数字阵列天线增加了数字波束形成(DBF)单元以及数字信号处理单元，拥有一般天线系统不具备的高增益、低副瓣、多波束扫描、多目标处理、自适应波束控制等特点。数字阵列天线系统在发射状态下，通过信号处理器控制单元天线激励电流的幅度和相位，将幅相值传递给数字T/R组件，组件在波形产生时预置幅度和相位，再通过上变频、功率放大器、移相器后在空间合成将波束辐射出去；接收状态下每一路接收的回波信号经过下变频、滤波、抽取等操作得到UQ支路零中频基带信号，再将基带数据送至DBF模块进行自适应波束形成和目标当前状态分析。由于数字信号在时域上是呈离散性的且都只有两种状态1和0，在短距离传送时(100米以下)可采用基带传输，当要进行远距离传输时就要采取载波传输方式了。载波传输系统把数字信号调制到载波上，再送入传输信道中。数字调制就是将携带数字基带信号的频谱搬移到频率较高的载波转变成数字频带信号，使其能够在带通信道中传输。基本的数字调制方式是用数字基带信号改变载波的幅度、频率或相位中的某个参数。但是由于数字信号的特点是时间和取值的离散性因此用数字键控的方法来实现数字调制解调。数字调制的三种基本形式是幅移键控ASK、频移键控FSK和相移键控PSK31，以上三种调制方式是数字调制的基础。然而这三种数字调制方式都存在一些缺点如频谱利用率低、抗多径能力差、功率谱衰减慢、带外辐射严重等。当前数字调制技术主要有两大类。第一类是连续相位调制技术主要有MSK、GMSK、TFM、GTFM等。第二类是线性调制技术如BPSK、QPSK、QAM等35。由于受到当时电子器件成本和工艺的限制基带信号调制到载频以及放大到射频都需要较高的线性度设计难度比较高。在基带传送系统中，通常采用多路复用技术，多路复用是将来自不同信息源的各路信息按某种方式合并为一路，通过同一信道传送给接收端，接收端再按相应方式分离出各路信号送给不同的用户。多路复用的方式有：频分复用、时分复用、码分复用、波分复用、时间压缩复用等。在数字通信中则更多地使用时分复用技术，所谓时分复用是将各路信号利用同一信道的不同时隙来进行通信，因为时分复用传输时各路信号不在同一时间上传送，不容易产生交调和互调失真，所以时分复用系统的非线性失真指标要求不高。在时分复用系统中要使用两个主要器件：一是复接器，它的功能是把几路信号按时分复用的原理合成为一个合路数字信号。另一个是分接器，它与复接器功能相反，是把合路信号还原为几个支路的数字信号。把复接器和分接器装在一起称为数字复接设备。数字复接必须解决两个问题：一个是同步，一个是复接。同步由定时系统和码速调节单元组成，定时系统的内部时钟给复接器提供时间基准信号，码速调整单元是把码速不同的各支路调整成与复接器定时信号完成同步的数字信号，复接则是完成复接任务，把各支路信号汇接成一路信号。数字基带信号都是矩形波，由于矩形波脉冲包含有丰富的谐波分量，所以在有限的信道带宽中，传输时必会产生失真，为此会引起较大的误码率。又由于每个码元所产生的谐波在时域上是相互交叠的，所以就产生了码间干扰。数字信号的载波传送与基带传送的主要区别就是增加了调制与解调的环节，是在复接器后增加了一个调制器，在分接器前增加一个解调器而数字信号只有几个离散值，这就象用数字信号去控制开关选择具有不同参量的振荡一样，为此把数字信号的调制方式称为键控。载波在数字信号1制下通或断，在信号为1的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。接收端根据载波的有无还原出数字信号的1和0。载波同步、信号解调等多种运算.经正交下变频后,接收端收到的复基带信号。数字阵列天线系统的前端射频部分主要是有源相控阵天线与波束控制单元，由N个阵列天线单元、T/R组件、低噪声放大器、移相器、带限滤波器、矢量调制器、功率放大器、射频接收机、波束控制电路板等构成，主要完成射频信号收发、波束指向的控制功能。全数字阵列天线虽然波束形成灵活，但其数字处理部分处理复杂，功耗高，体积大，尤其是规模比较大的数字阵列很难将处理端和天线端集成在一起，在数字阵列接收时需要将每个通道的信号在天线前端数字化，并将数字化后的信号远距离传送到处理端进行波束合成处理；在数字阵列发送时需要将基带信号远距离传送到发送端完成信号激励发射。不管是接收还是发射为了实现天线单元间的相关叠加，通道间的数据传输必须保持同步性。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足之处，为满足大规模数字阵列天线采样数据和基带激励数据需远距离同步传输的需求，提供一种通道相位误差小，数字处理部分处理简单，功耗小的同步传输数字阵列天线基带激励数据的方法。本专利技术的上述目的可以通过以下措施来达到，同步传输数字阵列天线基带激励数据的方法，具有如下技术特征：以光纤作为采集端与接收端远距离传输媒介，采集端每个采集模块通过对应1～N个接收天线单元连接的射频前端模块接收1～N个接收天线单元的射频信号，1～N个模/数转换器ADC1～ADCN对射频信号进行数据采样，并通过各自的射频前端模块转换成中频信号，1～N个中频信号分别按照JESD204B协议进行数据打包并转换为电流模式逻辑CML电平电信号高速串行数据流，将CML电平电信号送往电光转换模块将其转换成光信号，转换后将携带采样数据的光信号通过光纤进行远距离传输至1～N个通道的光纤电光转换模块上，通过光纤光电转换模块将光信号恢复成电信号送往接收端现场可编程门阵列FPGA1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同步传输数字阵列天线基带激励数据的方法，具有如下技术特征：以光纤作为采集端与接收端远距离传输媒介，采集端每个采集模块通过对应1～N个接收天线单元连接的射频前端模块接收1～N个接收天线单元的射频信号，1～N个模/数转换器ADC1～ADCN对射频信号进行数据采样，并通过各自的射频前端模块转换成中频信号，1～N个中频信号分别按照JESD204B协议进行数据打包并转换为电流模式逻辑CML电平电信号高速串行数据流，将CML电平电信号送往电光转换模块将其转换成光信号，转换后将携带采样数据的光信号通过光纤进行远距离传输至1～N个通道的光纤电光转换模块上，通过光纤光电转换模块将光信号恢复成电信号送往接收端现场可编程门阵列FPGA1‑FPGAK，并完成JESD204B协议解析和数据恢复，实现数据确定性时延接收，然后通过通道校准完成数据对齐，消除掉通道间可能存在固定相位偏差，数据对齐后的采样信号同步传输至接收数据处理端FPGA全链路数据同步传输同源同步时钟网络实现数据同步处理。

【技术特征摘要】
1.一种同步传输数字阵列天线基带激励数据的方法，具有如下技术特征：以光纤作为采集端与接收端远距离传输媒介，采集端每个采集模块通过对应1～N个接收天线单元连接的射频前端模块接收1～N个接收天线单元的射频信号，1～N个模/数转换器ADC1～ADCN对射频信号进行数据采样，并通过各自的射频前端模块转换成中频信号，1～N个中频信号分别按照JESD204B协议进行数据打包并转换为电流模式逻辑CML电平电信号高速串行数据流，将CML电平电信号送往电光转换模块将其转换成光信号，转换后将携带采样数据的光信号通过光纤进行远距离传输至1～N个通道的光纤电光转换模块上，通过光纤光电转换模块将光信号恢复成电信号送往接收端现场可编程门阵列FPGA1-FPGAK，并完成JESD204B协议解析和数据恢复，实现数据确定性时延接收，然后通过通道校准完成数据对齐，消除掉通道间可能存在固定相位偏差，数据对齐后的采样信号同步传输至接收数据处理端FPGA全链路数据同步传输同源同步时钟网络实现数据同步处理。2.如权利要求1所述的同步传输数字阵列天线基带激励数据的方法，其特征在于：处理端基于光纤的确定延时发射，同样采用JESD204B协议打包需要发送的调制数据，在发送端进行协议解析，将解析后的数据送给数//模转换器D/A完成多通道同步发射；处理端基于光纤的确定延时发射，同样采用JESD204B协议打包需要发送的调制数据，在发送端进行协议解析，将解析后的数据送给数//模转换器D/A，发射端将对齐后数据送数//模转换器D/A完成信号多通道同步发射。3.如权利要求1所述的同步传输数字阵列天线基带激励数据的方法，其特征在于：为验证信号，发射同步系统将接收数据处理端的数据传输给发送数据处理端现场可编程门阵列FPGA，通过发送数据处理端现场可编程门阵列FPGA同时分发给发送端现场可编程门阵列FPGA1～FPGAK，，发送端FPGA1～FPGAK对需要发送的数据进行JESD204B协议打包，并转换成高速串行数据流，同步分发给电光转换模块进行电至光信号的转换，将转换后的1～N路光信号通过光纤传至激励端，并由光电转换模块转换成电信号驱动数字模拟转换器DAC1～DACN，在数字模拟转换器DAC端实现激励信号同步发射。4.如权利要求1所述的同步传输数字阵列天线基带激励数据的方法，其特征在于：为了补偿传输过程中光纤链路所引入的相位噪声，在接收端将一部分光放大后通过光纤环行器原路返回，在发射端将返回光信号探测解调得到包含倍光纤链路相位噪声的频率信号，将传输至接收端的光信号一部分解调后，与发射端的原始信号比相，进行传输稳定度的测量，另一部分经放大后，通过光纤环形器按原路返回，用于产生补偿用的误差信号，通过比较参考频率信号Vr与接收频率信号V的相对相位起伏，计算出接收信号相对于发射端参考信号的频率稳定度。5.如权利要求1所述的同步传输数字阵列天线基带激励数据的方法，其特征在于：全链路数据同步传输同源同步时钟网络包含连接收端FPGA1～FPGAK、发送端接收端FPGA1～FPGAK和处理端FPGA的第一时钟分配芯片，而构成的接收链路同步网络和发送链路同步网络连接第一时钟分配芯片的PLL锁相环电路，以及连接PLL锁相环电路的第二时钟分配芯片、第三时钟分配芯片和连接在第二时钟分配芯片上的1～N个模/数转换器ADC1～ADCN和第三时钟分配芯片1～N个数/模转换器DAC1～DACN。6.如权利要求1所述的同步传输数字阵列天线基带激励数据的方法，其特征在于：同源同步时钟网络包含连接收端FPGA1～FPGAK、发送端接收端FPGA1～FPGAK和处理端FPGA的第一时钟分配芯片，而构成的接收链路同步网络和发送链路同步网络连接第一时钟分配芯片...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐洪军，彭智，李典，贾明权，张昊，唐宇，孙亮，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51