一种分布式高速信号收发处理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种分布式高速信号收发处理系统，包括前端信号收发器、高速总线适配器以及后端信号处理机，高速总线适配器包括主雷电接口以及级联雷电接口，前端信号收发器通过PCIE线缆通信连接高速总线适配器，高速总线适配器通过主雷电接口通信连接后端信号处理机，高速总线适配器通过级联雷电接口通信连接扩展高速总线适配器，扩展高速总线适配器通过内部的级联雷电接口通信连接下一扩展高速总线适配器，且扩展高速总线适配器设置有扩展PCIE线缆接口；由此，本发明专利技术在物理上可实现远程分布式连接，同时，系统的尺寸小巧、算力强大、成本低廉，具有可热插拔、可灵活组合、可远程连接以及可分布式拓展的优点，适用于大规模应用与推广。推广。推广。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式高速信号收发处理系统


[0001]本专利技术属于高速信号收发和处理
，具体涉及一种分布式高速信号收发处理系统。

技术介绍

[0002]随着模拟电路、数字电路和信号处理技术的快速发展，高速信号收发和实时信号处理的需求越来越多，比如雷达、通信、瞬态信号、复杂电磁环境等领域的应用都会涉及到高带宽或高速信号的接收和发射，以及存在对信号进行实时分析和实时生成的高性能计算需求，尤其是研究者在进行外场多通道信号收发和处理时，会需要便携、远程和分布式的信号收发和处理系统，因此，高速信号收发系统应运而生，该系统一般需要使用采样率达到数百MS/s至1GS/s之间，甚至1GS/s以上的ADC（模数转换）和DAC（数模转换）来采集或发送模拟信号，所以其产生的数字信号数据率可达到数GB/s，不仅对于数据传输的距离和速率要求很高，对数据的实时处理性能要求也很高，而如果需要构建分布式多通道系统，则系统内传输和处理的数据量会成倍上升，不仅如此，此类系统的需求多变，其通道数量、传输距离、连接拓扑等也有诸多变化，这就造成了既要高速率通信和高性能处理的特性，又需要灵活多变和可自定义的特性，而这两者往往难以兼顾。
[0003]目前能够完成高速、高带宽信号收发的设备，尤其是同时能够进行实时信号处理的设备，以商用台式仪器和专用定制设备为主，商用台式仪器系统通常针对室内桌面工作场景设计，比如常见的实时频谱分析仪、高速任意波形发生器和矢量信号收发仪等，其虽然具有指标高、功能强的优点，但是其内部组件多、体积大、重量重、功耗高，且功能固定常常无法满足多变的用户应用需求，更无法应用于便携、远程和分布式部署的应用场景。
[0004]而专用定制设备通过软硬件定制可实现对用户需求的良好匹配，但往往因为硬件、驱动程序、应用软件等均需要定制实现，设计优化迭代次数少，导致成熟度低、易用性差、扩展能力弱、可升级维护性差，体积、重量、功耗都难以做到理想状态，尤其对于远程和分布式信号收发和处理系统，其多个子系统之间需要建立高速的长距离通信连接，所以通常采用以高速串行接口或高速以太网进行上位机和下位机连接，从而实现分布式扩展，常见的高速串行协议比如RapidIO协议和Aurora（是一个用于在点对点串行链路间移动数据的可扩展轻量级链路层协议）协议，虽然在功能和性能上都能满足要求，但是其硬件和软件定制度和研发复杂度都很高，会造成成本高昂以及维护升级难度大；而如果采用高速以太网接口，虽然可以降低系统构建成本，但因为IP网络需要以交换机来构建多节点的拓扑，其数据传输延迟抖动大，对于部分需要实时闭环响应的应用而言不能满足需求。
[0005]同时，不管是利用RapidIO、Aurora或是IP网络构建系统，都需要独立开发上下位机的系统程序，尤其涉及分布式多通道系统时开发难度会显著增加，难以用统一的系统结构适应变化多端的用户需求；因此，提供一种架构简单、扩展性强、开发容易，且尺寸小巧的信号收发处理系统迫在眉睫。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种分布式高速信号收发处理系统，以解决商用台式仪器所存在的体积大、重量重和无法应用于便携、远程和分布式部署的应用场景的问题，以及专用定制设备所存在的扩展能力弱、可升级维护性差和开发难度高的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种分布式高速信号收发处理系统，包括：前端信号收发器、高速总线适配器以及后端信号处理机；所述高速总线适配器包括主雷电接口以及级联雷电接口，其中，所述前端信号收发器通过PCIE线缆通信连接所述高速总线适配器，用于将外部设备发送的第一信号传输至所述高速总线适配器，或接收所述高速总线适配器发送的第二信号；所述高速总线适配器通过所述主雷电接口通信连接所述后端信号处理机，用于将所述第一信号发送至所述后端信号处理机，或接收所述后端信号处理机发送的第二信号；所述高速总线适配器通过所述级联雷电接口通信连接扩展高速总线适配器，其中，所述扩展高速总线适配器通过内部的级联雷电接口通信连接下一扩展高速总线适配器，以实现所述高速总线适配器和多个扩展高速总线适配器之间的级联连接，且所述扩展高速总线适配器设置有扩展PCIE线缆接口，用于通过所述扩展PCIE线缆接口通信连接扩展前端信号收发器，以实现所述前端信号收发器和多个扩展前端信号收发器之间的级联连接。
[0008]基于上述公开的内容，本专利技术把传统集成于信号收发和处理，快速设备级联连接和高速数据传输，以及信号处理和系统控制这三类功能的收发系统，分解为前端信号收发器、高速总线适配器以及后端信号处理机三个子系统，前述设计可使系统功能充分解耦和标准化，并在易于组合成为复杂分布式系统的同时，能够实现整体系统的高集成度，同时，各个子系统在具备相应功能的同时，还可大幅缩小整个系统的尺寸，不仅降低了成本，便于便携式应用，还可实现信号的高精度计算和处理。
[0009]其次，前端信号收发器采用PCIE线缆与高速总线适配器连接，而高速总线适配器则通过雷电接口连接后端信号处理器，由此，实现了雷电技术和线缆式PCIE技术的集成和相互转换，使得整个系统具备高速通信、可热插拔、低延迟以及长距离传输的特性，同时，每个高速总线适配器均配备有级联雷电接口，可利用级联雷电接口来连接扩展高速总线适配器，且扩展高速总线适配器设置有扩展PCIE线缆接口，基于此，可利用每个高速总线适配器上的级联雷电接口以及扩展PCIE接口实现多个高速总线适配器之间的级联以及多个前端信号收发器的级联，从而大幅提高系统的可扩展性，满足不同应用领域的使用需求。
[0010]最后，高速总线适配器基于PCIE技术与前端信号收发器连接，因此，所有的前端信号收发器在后端信号处理机中都会被识别为本地PCIE设备，由此，采用PCIE技术访问和控制设备，相比于通过以太网、Aurora和RapidIO协议对一个远程设备进行访问和控制要简单得多，所以本系统的开发复杂度得以大幅降低。
[0011]通过上述设计，本系统在物理上可实现远程分布式连接，同时，系统的尺寸小巧、算力强大、成本低廉，具有可热插拔、可灵活组合、可远程连接以及可分布式拓展的优点，适用于大规模应用与推广。
[0012]在一个可能的设计中，所述前端信号收发器包括：第一线缆式PCIE连接器、第一
FPGA处理单元、数据转换单元以及模拟前端；所述第一线缆式PCIE连接器的第一传输端通过所述PCIE线缆通信连接所述高速总线适配器，用于接收所述第二信号，所述第一线缆式PCIE连接器的第二传输端通信连接所述第一FPGA处理单元的第一接收端，用于将所述第二信号输入至所述第一FPGA处理单元中进行信号处理，得到处理后的第二信号；所述第一FPGA处理单元的第一发送端通信连接所述数据转换单元的数字信号输入端，用于将处理后的第二信号输入至所述数据转换单元进行数模转换，得到模拟第二信号；所述数据转换单元的模拟信号输出端通信连接所述模拟前端，用于通过所述模拟前端将所述模拟第二信号传输至所述外部设备；所述模拟前端还用于接收所述外部设备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式高速信号收发处理系统，其特征在于，包括：前端信号收发器、高速总线适配器以及后端信号处理机；所述高速总线适配器包括主雷电接口以及级联雷电接口，其中，所述前端信号收发器通过PCIE线缆通信连接所述高速总线适配器，用于将外部设备发送的第一信号传输至所述高速总线适配器，或接收所述高速总线适配器发送的第二信号；所述高速总线适配器通过所述主雷电接口通信连接所述后端信号处理机，用于将所述第一信号发送至所述后端信号处理机，或接收所述后端信号处理机发送的第二信号；所述高速总线适配器通过所述级联雷电接口通信连接扩展高速总线适配器，其中，所述扩展高速总线适配器通过内部的级联雷电接口通信连接下一扩展高速总线适配器，以实现所述高速总线适配器和多个扩展高速总线适配器之间的级联连接，且所述扩展高速总线适配器设置有扩展PCIE线缆接口，用于通过所述扩展PCIE线缆接口通信连接扩展前端信号收发器，以实现所述前端信号收发器和多个扩展前端信号收发器之间的级联连接。2.如权利要求1所述的一种分布式高速信号收发处理系统，其特征在于，所述前端信号收发器包括：第一线缆式PCIE连接器、第一FPGA处理单元、数据转换单元以及模拟前端；所述第一线缆式PCIE连接器的第一传输端通过所述PCIE线缆通信连接所述高速总线适配器，用于接收所述第二信号，所述第一线缆式PCIE连接器的第二传输端通信连接所述第一FPGA处理单元的第一接收端，用于将所述第二信号输入至所述第一FPGA处理单元中进行信号处理，得到处理后的第二信号；所述第一FPGA处理单元的第一发送端通信连接所述数据转换单元的数字信号输入端，用于将处理后的第二信号输入至所述数据转换单元进行数模转换，得到模拟第二信号；所述数据转换单元的模拟信号输出端通信连接所述模拟前端，用于通过所述模拟前端将所述模拟第二信号传输至所述外部设备；所述模拟前端还用于接收所述外部设备发送的第一信号，其中，所述模拟前端通信连接所述数据转换单元的模拟信号输入端，用于将所述第一信号输入至所述数据转换单元中进行模数转换，得到数字第一信号；所述数据转换单元的数字信号输出端通信连接所述第一FPGA处理单元的第二接收端，用于将所述数字第一信号传输至第一FPGA处理单元进行信号处理，得到处理后的第一信号；所述第一FPGA处理单元的第二发送端通信连接所述第一线缆式PCIE连接器的第二传输端，用于通过第一线缆式PCIE连接器将处理后的第一信号传输至所述高速总线适配器。3.如权利要求2所述的一种分布式高速信号收发处理系统，其特征在于，所述前端信号收发器还包括：时钟和触发信号接口、锁相环控制单元以及恒温晶体振荡器；所述时钟和触发信号接口电连接所述锁相环控制单元，用于将接收的外部时钟信号发送至所述锁相环控制单元，所述恒温晶体振荡器电连接所述锁相环控制单元，用于产生时基信号，并发送至所述锁相环控制单元；所述锁相环控制单元用于根据所述外部时钟信号以及所述时基信号，生成系统时钟信号，以使所述前端信号收发器和所述扩展前端信号收发器基于所述系统时钟信号同步运行；所述时钟和触发信号接口还电连接所述第一FPGA处理单元，用于将接收的触发信号发
送至所述第一FPGA处理单元，以使所述第一FPGA处理单元基于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘岑炜，黄俊翔，杨健熙，寇煜承，陈煜，
申请(专利权)人：成都立思方信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：