一种基于FPGA的宽带波形补偿设备和方法技术

本发明专利技术的一个实施例公开了一种基于FPGA的宽带波形补偿设备和方法，该设备包括：FPGA处理器、数模转换器、信号传播链路、示波器和PC机；FPGA处理器内部集成FIR滤波器，用于向数模转换器传输待发射信号的数字化码流，并保证数字码流携带了针对整个模拟通路的幅度补偿信息；数模转换器用于将FPGA传输的数字化码流转化为原始模拟信号；信号传播链路用于对数模转换器输出的原始模拟信号进行变频与操作，根据实际需求选择所需要的频带，放大输出功率；示波器用于接收并测量信号传播链路发来的模拟信号，得到波形数据，并将测量结果传输至PC机；PC机用于接收并分析示波器传输来的波形数据，提取模拟信号的幅度拟合曲线，根据幅度曲线反算出补偿系数。算出补偿系数。算出补偿系数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的宽带波形补偿设备和方法


[0001]本专利技术涉及通信领域，具体涉及一种基于FPGA的宽带波形补偿设备和方法。

技术介绍

[0002]在通信及雷达领域，一般使用数模转换器(DAC)实现原始发射信号的生成。DAC产生的模拟信号携带了需要发射的所有信息，其频率、功率是较为重要的指标。由于自身物理结构的限制，DAC的输出功率随信号频率呈现出SINC调制的现象，在较大输出带宽内功率波动极大，为弥补该缺陷，当代DAC器件内部一般集成反SINC滤波器，使用数字信号处理的手段在数字信号转换为模拟信号之前对功率进行矫正，使得DAC自身输出功率较为平坦。
[0003]一般而言，DAC产生的原始波形不会直接馈入天线转换为电磁波对外辐射。在真正传递至天线之前，发射信号一般会经过开关、滤波器、功放、变频器等模拟器件。各个器件均有自身独特的频率响应，DAC经反SINC矫正后得到的较为平坦的宽带波形通过这些器件后又变得崎岖不平，无法满足系统指标要求。在发射宽带信号时，该现象尤为明显。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术针对上述问题，提供一种基于FPGA的宽带波形补偿设备和方法。本专利技术针对宽带波形的实际应用场景，将发射信号完整传播链路考虑在内，使用数字信号处理的手段，以实际效果为导向，在数据源头调整宽带信号的功率，使得系统在真正应用场景下的宽带功率一致性达到较为理想的状态。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0006]本专利技术一方面提供一种基于FPGA的宽带波形补偿设备，该设备包括：FPGA处理器、数模转换器、信号传播链路、示波器和PC机；
[0007]其中，
[0008]FPGA处理器内部集成FIR滤波器，用于向数模转换器传输待发射信号的数字化码流；
[0009]数模转换器用于将FPGA传输的数字化码流转化为原始模拟信号，并输出至信号传播链路；
[0010]信号传播链路用于对数模转换器输出的原始模拟信号进行变频与操作，根据实际需求选择所需要的频带，放大输出功率，并将处理后的模拟信号发送至示波器；
[0011]示波器用于接收并测量信号传播链路发来的模拟信号，得到波形数据，并将得到的波形数据传输至PC机；
[0012]PC机用于接收并分析示波器传输来的波形数据，提取所述模拟信号的幅度拟合曲线，根据幅度曲线反算出补偿系数。
[0013]在一个具体实施例中，所述数模转换器内部集成数字变频和反SINC滤波数字信号处理模块。
[0014]在一个具体实施例中，所述示波器为与20GHz模拟带宽相适配的具有100Gsps采样
率的示波器。
[0015]在一个具体实施例中，当所述信号传播链路的模拟信号功率过大超出示波器量程时，所述设备还包括衰减器，用于对所述模拟信号的功率进行衰减后发送到所述示波器。
[0016]在一个具体实施例中，所述PC机和FPGA处理器中包括有：PC机程序模块和FPGA程序模块；
[0017]其中，
[0018]PC机程序模块用于接收并分析示波器传输来的波形数据；
[0019]FPGA程序模块用于向数模转换器发送数字域波形数据流；
[0020]PC机程序模块包括：数据导入模块、预处理模块、数据拟合模块、PC机工作模式判断模块、波形数据生成模块和滤波器系数生成模块；
[0021]其中，
[0022]数据导入模块用于读取示波器所采集的数据并将其转化为软件可识别格式，并将该格式的数据传入预处理模块；
[0023]预处理模块用于读取数据导入模块传来的示波器所采集的数据并配合预置频点与带宽计算出应分析数据长度，为后续数据拟合模块提供输入；
[0024]数据拟合模块用于接收预处理模块传来的数据并实现对模拟信号实际幅-频曲线的提取，结束后进入PC机工作模式判断模块；
[0025]PC机工作模式判断模块用于判断PC机工作模式，所述PC机存在两种工作模式：波形模式和系数模式；
[0026]当PC机工作模式判断模块判断PC机工作模式为波形模式时进入波形数据生成模块；
[0027]当PC机工作模式判断模块判断PC机工作模式为系数模式时进入滤波器系数生成模块；
[0028]波形数据生成模块用于将FPGA待发送的未经补偿的原始波形数据依据补偿曲线进行处理，使得原始数字域基带信号的幅-频曲线与模拟传输链路的幅-频曲线形状互补，得到波形数据文件；
[0029]滤波器系数生成模块用于求解FPGA内部使用的FIR滤波器系数，得到滤波器系数文件；
[0030]FPGA程序模块包括：文件缓存模块、FPGA工作模式判断模块、波形数据加载模块、系数加载模块、波形产生模块和DAC驱动程序模块；
[0031]其中，
[0032]文件缓存模块用于存储PC机程序计算得到的波形数据文件或滤波器系数文件，供后续调用，并在缓存后进入下一个FPGA工作模式判断模块；
[0033]FPGA工作模式判断模块用于判断FPGA工作模式，与PC机程序模块相对应，FPGA也存在两种工作模式：波形模式和系数模式；
[0034]当FPGA工作模式判断模块判断FPGA工作模式为波形模式时进入波形数据加载模块；
[0035]当FPGA工作模式判断模块判断FPGA工作模式为系数模式时进入系数加载模块；
[0036]波形数据加载模块用于将文件缓存模块内的波形数据文件按照时序要求依次送
入DAC驱动程序模块，实现数据传输通道的功能；
[0037]系数加载模块用于从文件缓存模块中读取滤波器系数文件，并按照滤波器自身物理结构将系数数据依次准确装载至FIR滤波器内部系数存储位置；使得FIR滤波器具备系统需求的传输函数，并进入下一个波形产生模块；
[0038]波形产生模块根据控制指令产生指定频点与带宽的原始数字基带信号，所述信号未经补偿，因此该模块调用经过系数加载模块系数加载完毕的FIR滤波器，实现幅度补偿功能，并将得到的结果送入DAC驱动程序模块；
[0039]DAC驱动程序模块将上级数据流转换为DAC芯片规定的数据格式，是FPGA与DAC芯片之间的信息传输通道。
[0040]在一个具体实施例中，所述预处理模块截取示波器数据中有效数据部分，对其进行频谱分析，使用FFT变换将时域信息转化为频域信息。
[0041]在一个具体实施例中，所述数据拟合模块能够消除噪声扰动，同时还针对由所述模拟信号自身脉冲型本质特征引起的吉布斯现象所导致的频谱边带振荡做了处理，削弱振荡幅度；取得拟合曲线后与模拟信号理想的幅-频特性曲线相减，得到最终的补偿曲线。
[0042]在一个具体实施例中，所述波形模式代表FPGA发送给DAC的每一个数据点都事先存储于FPGA内部，此模式下PC机将全部数据点补偿完毕后转发给FPGA；所述系数模式代表由FPGA器件实时产生波形数据再发送给DAC，该模式幅度补偿处理在FPGA内部运行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的宽带波形补偿设备，其特征在于，该设备包括：FPGA处理器、数模转换器、信号传播链路、示波器和PC机；其中，FPGA处理器内部集成FIR滤波器，用于向数模转换器传输待发射信号的数字化码流；数模转换器用于将FPGA传输的数字化码流转化为原始模拟信号，并输出至信号传播链路；信号传播链路用于对数模转换器输出的原始模拟信号进行变频与操作，根据实际需求选择所需要的频带，放大输出功率，并将处理后的模拟信号发送至示波器；示波器用于接收并测量信号传播链路发来的模拟信号，得到波形数据，并将得到的波形数据传输至PC机；PC机用于接收并分析示波器传输来的波形数据，提取所述模拟信号的幅度拟合曲线，根据幅度曲线反算出补偿系数。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数模转换器内部集成数字变频和反SINC滤波数字信号处理模块。3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述示波器为与20GHz模拟带宽相适配的具有100Gsps采样率的示波器。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，当所述信号传播链路的模拟信号功率过大超出示波器量程时，所述设备还包括衰减器，用于对所述模拟信号的功率进行衰减后发送到所述示波器。5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述PC机和FPGA处理器中包括有：PC机程序模块和FPGA程序模块；其中，PC机程序模块用于接收并分析示波器传输来的波形数据；FPGA程序模块用于向数模转换器发送数字域波形数据流；PC机程序模块包括：数据导入模块、预处理模块、数据拟合模块、PC机工作模式判断模块、波形数据生成模块和滤波器系数生成模块；其中，数据导入模块用于读取示波器所采集的数据并将其转化为软件可识别格式，并将该格式的数据传入预处理模块；预处理模块用于读取数据导入模块传来的示波器所采集的数据并配合预置频点与带宽计算出应分析数据长度，为后续数据拟合模块提供输入；数据拟合模块用于接收预处理模块传来的数据并实现对模拟信号实际幅-频曲线的提取，结束后进入PC机工作模式判断模块；PC机工作模式判断模块用于判断PC机工作模式，所述PC机存在两种工作模式：波形模式和系数模式；当PC机工作模式判断模块判断PC机工作模式为波形模式时进入波形数据生成模块；当PC机工作模式判断模块判断PC机工作模式为系数模式时进入滤波器系数生成模块；波形数据生成模块用于将FPGA待发送的未经补偿的原始波形数据依据补偿曲线进行处理，使得原始数字域基带信号的幅-频曲线与模拟传输链路的幅-频曲线形状互补，得到
波形数据文件；滤波器系数生成模块用于求解FPGA内部使用的FIR滤波器系数，得到滤波器系数文件；FPGA程序模块包括：文件缓存模块、FPGA工作模式判断模块、波形数据加载模块、系数加载模块、波形产生模块和DAC驱动程序模块；其中，文件缓存模块用于存储PC机程序计算得到的波形数据文件或滤波器系数文件，供后续调用，并在缓存后进入下一个FPGA工作模式判断模块；FPGA工作模式判断模块用于判断FPGA工作模式，与PC机程序模块相对应，FPGA也存在两种工作模式：波形模式和系数模式；当FPGA工作模式判断模块判断FPGA工作模式为波形模式时进入波形数据加载模块；当FPGA工作模式判断模块判断FPGA工作模式为系数模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，
申请(专利权)人：北京无线电测量研究所，
类型：发明
国别省市：