專利名稱：一種基于模塊化計(jì)算機(jī)的射頻矢量信號(hào)源的制作方法
一種基于模塊化計(jì)算機(jī)的射頻矢量信號(hào)源技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是一種應(yīng)用于通信、電子、微波、航天等領(lǐng)域的電子測(cè)量?jī)x器，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種基于模塊化計(jì)算機(jī)的射頻矢量信號(hào)源。
背景技術(shù)：
信號(hào)源是一種基本電子測(cè)量?jī)x器，從20世紀(jì)中期開(kāi)始，就有工作于音頻的模擬信號(hào)發(fā)生器問(wèn)世，早期的信號(hào)源功能比較單一，是單純的模擬儀器，輸出的連續(xù)波信號(hào)頻率、 功率范圍較小，精度也不高。隨著射頻和微波技術(shù)的發(fā)展，信號(hào)源的輸出頻率不斷擴(kuò)展，覆蓋范圍從KHz到MHz，再到數(shù)GHz甚至幾十GHz，以滿足更多的測(cè)量需求。由于最近二十多年移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，覆蓋主要移動(dòng)通信測(cè)量頻段(0-6GHZ)的信號(hào)源需求大增。
20世紀(jì)90年代，隨著移動(dòng)通信制式從第一代(IG)的模擬時(shí)代發(fā)展到第二代(2G) 數(shù)字時(shí)代，具有矢量信號(hào)輸出功能的信號(hào)源成為通信測(cè)量的主流信號(hào)源產(chǎn)品。矢量的極坐標(biāo)含義是包含幅度和相位，在直角坐標(biāo)系中表示為兩個(gè)正交的分量I和Q。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的快速發(fā)展，信號(hào)源的數(shù)字化元部件在硬件系統(tǒng)中所占的比重逐漸增加。由此引起了信號(hào)源工作方式的變革，從單純的模擬信號(hào)變頻輸出，變?yōu)橛捎布a(chǎn)生數(shù)字信號(hào)，再經(jīng) DAC轉(zhuǎn)換為模擬基帶信號(hào)，最后調(diào)制輸出。
最近十多年來(lái)，全球移動(dòng)通信已經(jīng)進(jìn)入了 3G時(shí)代，4G的產(chǎn)業(yè)化階段也開(kāi)始啟動(dòng)， 相比以前的通信系統(tǒng)，目前以及未來(lái)通信系統(tǒng)的的主要特點(diǎn)是傳輸速率越來(lái)越快，從2G的幾百Kbps，到3G時(shí)代的Mbps，再到4G的IOOGbps，以及未來(lái)的Gbps，在信號(hào)特性上表現(xiàn)為信號(hào)帶寬越來(lái)越寬。順應(yīng)這一趨勢(shì)，目前矢量信號(hào)源都在往寬帶方向發(fā)展，國(guó)際上已有140MHz 帶寬的矢量信號(hào)源產(chǎn)品問(wèn)世。帶寬的提高在技術(shù)上帶來(lái)兩個(gè)難題，一是射頻方面，必須確保在IOOMHz以上的寬帶頻率范圍內(nèi)保持良好的失真度，包括幅度和相位的線性化；另一方面體現(xiàn)在數(shù)字部分，碼片速率在IOOMHz以上，如果加上內(nèi)插以及額外開(kāi)銷，數(shù)字電路的時(shí)鐘將達(dá)到幾百M(fèi)Hz，這對(duì)器件性能和設(shè)計(jì)方案都是嚴(yán)重挑戰(zhàn)。
移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀是建設(shè)投入巨大、多個(gè)運(yùn)營(yíng)商共存，這帶來(lái)的問(wèn)題就是，目前甚至未來(lái)若干年將是多個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)并存的局面。另外，除了移動(dòng)通信，GPS、數(shù)字電視等領(lǐng)域的測(cè)量需求也日益增加。這一趨勢(shì)必然要求矢量信號(hào)源往多制式方向發(fā)展，并具有可擴(kuò)展性。
傳統(tǒng)矢量信號(hào)源硬件架構(gòu)的數(shù)字部分包括數(shù)字處理芯片數(shù)字信號(hào)處理器(英文全稱Digital Signal Processor,文中簡(jiǎn)稱DSP)或FPGA、中央控制器ARM或單片機(jī),DSP 或FPGA負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)制式的數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生，中央控制器負(fù)責(zé)調(diào)度、控制、接口管理等。這一架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)時(shí)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)，但是如果要產(chǎn)生復(fù)雜的通信信號(hào)，即使是單制式，所需的硬件資源也會(huì)很大，開(kāi)發(fā)和維護(hù)的難度也很大，更難支持多制式。針對(duì)這一問(wèn)題，目前國(guó)際上主流矢量信號(hào)源的應(yīng)對(duì)措施是在計(jì)算機(jī)上開(kāi)發(fā)滿足某種通信制式的矢量信號(hào)波形生成軟件，通過(guò)信號(hào)源的通信接口(例如以太網(wǎng)LAN或USB、GPIB接口)，將其外接計(jì) 算機(jī)，用計(jì)算機(jī)將信號(hào)下載到信號(hào)源的存儲(chǔ)器中。在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行通信軟件開(kāi)發(fā)，一是降低了開(kāi)發(fā)難度，同時(shí)也具有可擴(kuò)展性。但是，這只是一種改進(jìn)方案，因?yàn)橥饨拥挠?jì)算機(jī)并不是儀器的一部分，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，信號(hào)源本身并不具備滿足各種通信制式的矢量信號(hào)生成功能，它只提供了 DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換和RF頻率變換功能，并不是完整的、獨(dú)立的、具有可擴(kuò)展性的、通信測(cè)量的矢量信號(hào)源。用戶購(gòu)買信號(hào)源以后，還要再配置一臺(tái)電腦，并通過(guò)網(wǎng)線或USB線等數(shù)據(jù)線相連，才能實(shí)現(xiàn)通信矢量信號(hào)源的功能。除了讓用戶增加額外成本，還存在使用不方便、數(shù)據(jù)下載速度慢、可靠性差等問(wèn)題。
解決這一問(wèn)題的最直接途徑是將計(jì)算機(jī)集成到儀器內(nèi)部，但是看似簡(jiǎn)單的思路卻面臨諸多難題，例如尺寸、電源、接口、功耗等，因此傳統(tǒng)矢量信號(hào)源仍然采用具有較好嵌入性能的ARM作為控制器。最近幾年報(bào)道的矢量信號(hào)源中已開(kāi)始配置了 ARM處理器，但是主要作為控制器使用，用于調(diào)度、控制、接口管理等。ARM在尺寸、功耗方面較有優(yōu)勢(shì)，但是整體而言，intel的主流x86或x64加上windows操作系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)，無(wú)論在開(kāi)發(fā)難度、成熟度、可維護(hù)性、可升級(jí)性等方面都是ARM架構(gòu)所不能替代的。關(guān)鍵一點(diǎn)是，ARM只是處理器， 不是計(jì)算機(jī)。所以，盡管目前國(guó)際上主流的矢量信號(hào)源產(chǎn)品已經(jīng)配有ARM，但是它們的矢量信號(hào)產(chǎn)生功能任然借助外接的計(jì)算機(jī)上的軟件來(lái)完成。發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于模塊化計(jì)算機(jī)的射頻矢量信號(hào)源，以模塊化計(jì)算機(jī)為核心控制與運(yùn)算單元，不需要外接任何設(shè)備，可以產(chǎn)生多制式矢量信號(hào)，并且可以不斷擴(kuò)展。
技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種基于模塊化計(jì)算機(jī)的射頻矢量信號(hào)源，該矢量信號(hào)源包括矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊，以及與矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊連接的射頻模塊，其中，
矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊用于生成數(shù)字基帶信號(hào)，并經(jīng)過(guò)中頻處理與數(shù)模轉(zhuǎn)換，得到模擬中頻矢量信號(hào)；
射頻模塊用于實(shí)現(xiàn)射頻上變頻功能，將其接收的模擬中頻信號(hào)變換到用戶設(shè)定的射頻頻率，輸出用戶設(shè)定的功率，并保持信號(hào)在不低于IOOMHz的帶寬范圍內(nèi)的線性特性；
所述的矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊包括
模塊化計(jì)算機(jī)用于計(jì)算和控制信號(hào)源，并且產(chǎn)生IQ兩路數(shù)字基帶矢量信號(hào)；
中頻處理模塊含有現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，用于將IQ兩路數(shù)字基帶矢量信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制到中頻，得到數(shù)字中頻信號(hào)；
數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊用于將數(shù)字中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號(hào)，作為矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸出；
所述的模塊化計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的IQ兩路數(shù)字基帶矢量信號(hào)，分為兩條途徑輸送，一條途徑是模塊化計(jì)算機(jī)通過(guò)PCI Express接口將IQ兩路數(shù)字基帶矢量信號(hào)傳送至中頻處理模塊的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列；現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列將IQ兩路數(shù)字基帶矢量信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制到中頻，得到數(shù)字中頻信號(hào)后，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列傳送至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)輸入接口，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)字中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號(hào)，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)輸出接口將模擬中頻信號(hào)傳送至射頻模塊，射頻模塊將模擬中頻信號(hào)變換到用戶設(shè)定的射頻頻率，最后輸出用戶設(shè)定的功率；另一條途徑是模塊化計(jì)算機(jī)通過(guò)PCI Express接口將IQ兩路數(shù)字基帶矢量信號(hào)傳送至中頻處理模塊的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列傳送至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)輸入接口，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊把數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)為模擬基帶信號(hào)，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)輸出接口將模擬基帶信號(hào)輸出。
有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果
(I)具有完整的多制式矢量信號(hào)源功能，使用時(shí)不需要外接計(jì)算機(jī)。目前主流矢量信號(hào)源的矢量信號(hào)產(chǎn)生方式是在計(jì)算機(jī)上開(kāi)發(fā)滿足某種通信制式的矢量信號(hào)波形生成軟件，通過(guò)信號(hào)源的通信接口將其外接計(jì)算機(jī)，用計(jì)算機(jī)將信號(hào)下載到信號(hào)源的存儲(chǔ)器中。用戶購(gòu)買信號(hào)源以后，還要再配置一臺(tái)電腦，并通過(guò)網(wǎng)線或USB線等數(shù)據(jù)線相連，才能實(shí)現(xiàn)通信矢量信號(hào)源的功能。除了讓用戶增加額外成本，還存在使用不方便、數(shù)據(jù)下載速度慢、可靠性差等問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)采用以模塊化計(jì)算機(jī)為核心控制與運(yùn)算單元。從硬件角度，模塊化計(jì)算機(jī)是一個(gè)完整的矢量信號(hào)源，不需要外接任何設(shè)備，可以產(chǎn)生多制式矢量信號(hào)，并且可以不斷擴(kuò)展。
(2)數(shù)據(jù)傳輸速率高。傳統(tǒng)矢量信號(hào)源與外接計(jì)算機(jī)工作的連接方式有GPIB、 USB、LAN等。而本發(fā)明中，模塊化計(jì)算機(jī)和中頻處理模塊之間的數(shù)據(jù)交換采用PCI express 接口，xl單通道每向速率高達(dá)250MB/S，xl6每向速率達(dá)到4GB/S，數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)矢量信號(hào)源的數(shù)據(jù)傳輸速率。
(3)兼容性好。本發(fā)明的模塊化計(jì)算機(jī)作為單板集成的計(jì)算機(jī)，可采用Intel Pentium M或Celeron M CPU以及南北橋芯片,支持windows XP、windows7等操作系統(tǒng)。這比傳統(tǒng)矢量信號(hào)源中的ARM具有更低的開(kāi)發(fā)維護(hù)難度，具有更好的軟件兼容性。
(4)升級(jí)方便。本發(fā)明的COM Express滿足PICMG規(guī)范，采用標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械接口，更新升級(jí)方便。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明中模塊化計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3是本發(fā)明中射頻模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
圖4是本發(fā)明在應(yīng)用時(shí)的分層架構(gòu)圖。
圖中有矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊100、模塊化計(jì)算機(jī)101、中頻處理模塊102、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊103、射頻模塊200、高精度寬帶頻率合成單元201、混頻器202、電平控制模塊203、濾波器組204、倍頻分頻器205、CPU處理器1011、主板控制芯片1012、數(shù)據(jù)接口 1013和音視頻接口 1014。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的說(shuō)明。
如圖1所示，本發(fā)明的一種基于模塊化計(jì)算機(jī)的射頻矢量信號(hào)源，包括矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊100，以及與矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊100連接的射頻模塊200。矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊100 用于生成數(shù)字基帶信號(hào)，并經(jīng)過(guò)中頻處理與數(shù)模轉(zhuǎn)換，得到模擬中頻矢量信號(hào)。射頻模塊 200用 于實(shí)現(xiàn)射頻上變頻功能，將其接收的模擬中頻信號(hào)變換到用戶設(shè)定的射頻頻率，輸出用戶設(shè)定的功率，并保持信號(hào)在不低于IOOMHz的帶寬范圍內(nèi)的線性特性。
矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊100包括模塊化計(jì)算機(jī)101、中頻處理模塊102和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊103 (數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的英文全稱是Digital to Analogue Converter,文中簡(jiǎn)稱DAC)。
模塊化計(jì)算機(jī)101 :用于計(jì)算和控制信號(hào)源，并且產(chǎn)生IQ(其中，I表示同相I，對(duì)應(yīng)英文為in_phase ;Q表示正交Q,對(duì)應(yīng)英文為quadrature_phase)兩路數(shù)字基帶矢量信號(hào)。中頻處理模塊102 :包含現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，用于將IQ兩路數(shù)字基帶矢量信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制到中頻，得到數(shù)字中頻信號(hào)。數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊103 :用于將數(shù)字中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號(hào)，作為矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊100的輸出。
模塊化計(jì)算機(jī)(模塊化計(jì)算機(jī)的英文全稱是computer-on-module,文中簡(jiǎn)稱 COM)是一個(gè)單板集成的計(jì)算機(jī)模塊。如圖2所示，模塊化計(jì)算機(jī)101包括CPU處理器1011、 主板控制芯片1012、數(shù)據(jù)接口 1013和音視頻接口 1014，CPU處理器1011、主板控制芯片 1012、數(shù)據(jù)接口 1013和音視頻接口 1014以標(biāo)準(zhǔn)插槽形式安裝在矢量信號(hào)處理電路板上。 CPU處理器1011可采用IntelPentium MXeleron M或其他類型的CPU處理器。主板控制芯片1012可采用南北橋架構(gòu)，或者加速集線架構(gòu)等架構(gòu)。數(shù)據(jù)接口 1013包括PCIe、LAN、 USB等接口。音視頻接口 1014包括Video、Audio等接口。模塊化計(jì)算機(jī)101通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的插座與中頻處理模塊102的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列連接。模塊化計(jì)算機(jī)101通過(guò)新一代總線接口 PCI Express與中頻處理模塊102進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，PCI Express的傳輸通道有xl、 x2、x4、x8、xl6多種配置方式，PCI Express xl的每向傳輸速率可達(dá)250MB/S, xl6的每向最高傳輸速率可達(dá)4GB/S。模塊化計(jì)算機(jī)101不僅是一個(gè)處理器，還是一個(gè)小型化的、單板集成的計(jì)算機(jī)。模塊化計(jì)算機(jī)101體積很小，有標(biāo)準(zhǔn)尺寸和接口，安裝在信號(hào)源機(jī)箱內(nèi)部的電路板上，是信號(hào)源的矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊的一部分。例如，采用研華股份有限公司的型號(hào)為 S0M-5788的模塊化計(jì)算機(jī)。
模塊化計(jì)算機(jī)101是國(guó)際工業(yè)電氣協(xié)會(huì)(簡(jiǎn)稱PICMG)組織幾大嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)廠商共同制定的計(jì)算機(jī)模塊標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)以全新的高速計(jì)算機(jī)接口為主的標(biāo)準(zhǔn)，支持PCI Express, S-ATA, USB2. O、LVDS、千兆以太網(wǎng)接口，是一種高度集成的單板計(jì)算機(jī)。目前主要的COM Express計(jì)算機(jī)模塊標(biāo)準(zhǔn)主要有COMExpressl. O和COM Express2. O兩個(gè)版本，其中2. O的版本是2010年剛推出的最新標(biāo)準(zhǔn)。COM Express模塊有下面的標(biāo)準(zhǔn)尺寸緊湊型 (95mmx95mm)、基本型(125mmx95mm)、擴(kuò)展型(155mmxll0mm),并定義了幾種標(biāo)準(zhǔn)的連接器類型(220管腳和440管腳)。這些標(biāo)準(zhǔn)的制定使得COM Express不僅具有豐富的接口、緊湊的尺寸，而且具有良好的可替換性，便于升級(jí)、維護(hù)。
中頻處理模塊102是一個(gè)以現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，文中簡(jiǎn)稱 FPGA)為主的數(shù)字電路板，還包含存儲(chǔ)元件DDR SDRAM和Flash等、時(shí)鐘管理芯片、單片機(jī)、 DSP等器件，在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)對(duì)COM Express傳輸來(lái)的IQ信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，直接調(diào)制到中頻。其中，F(xiàn)PGA可以采用XILINX公司的型號(hào)為XC6VSX315T的FP6A。
數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊103將經(jīng)過(guò)FPGA調(diào)制的中頻數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并進(jìn)行濾波等處理。例如采用亞德諾半導(dǎo)體(Analog Device)的AD912 2，雙通道，16bit，采樣頻率 1230MSPS。
如圖3所示，射頻模塊200包括高精度寬帶頻率合成單元201、混頻器202、電平控制模塊203、濾波器組204和倍頻分頻器205。
高精度寬帶頻率合成單元201 :用于提供射頻頻率變換所需的本振信號(hào)，該本振信號(hào)的頻率根據(jù)用戶要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。
混頻器202 :用于將矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊提供的模擬中頻信號(hào)與高精度寬帶頻率合成單元提供的本振信號(hào)混頻，得到射頻信號(hào)?；祛l器有兩個(gè)輸入信號(hào)接口，一個(gè)是本振輸入接口 ；另一個(gè)是模擬中頻信號(hào)接口。電平控制模塊203:用于調(diào)節(jié)混頻器輸出的射頻信號(hào)的功率，使其符合用戶要求。濾波器組204 :用于分頻段對(duì)高精度寬帶頻率合成單元以及輸送至濾波器組中的各路信號(hào)進(jìn)行濾波。倍頻分頻器205 :對(duì)高精度寬帶頻率合成單元的輸出信號(hào)，進(jìn)行倍頻或分頻，提供給混頻器或直接輸出。
射頻模塊200的工作過(guò)程是高精度寬帶頻率合成單元201輸出本振信號(hào)，有兩條輸出路徑，一條輸出路徑是直接傳送至混頻器202的本振輸入接口，另一條路徑是經(jīng)過(guò)倍頻分頻器205再傳送至混頻器202的本振輸入接口 ；混頻器202的模擬中頻信號(hào)接口與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊103的模擬中頻輸出接口相連；混頻器202將中頻信號(hào)變?yōu)樯漕l信號(hào)，傳送至濾波器組204的信號(hào)輸入接口 ；濾波器組204對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行濾波，提高射頻信號(hào)的質(zhì)量，將射頻信號(hào)傳送至電平控制模塊203的信號(hào)輸入接口 ；電平控制模塊203調(diào)節(jié)射頻信號(hào)的功率，然后輸出射頻信號(hào)。
上述基于模塊化計(jì)算機(jī)的射頻矢量信號(hào)源的信號(hào)流程是模塊化計(jì)算機(jī)101產(chǎn)生的IQ兩路數(shù)字基帶矢量信號(hào)，分為兩條途徑輸送，一條途徑是模塊化計(jì)算機(jī)101通過(guò)PCI Express接口將IQ兩路數(shù)字基帶矢量信號(hào)傳送至中頻處理模塊102的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列； 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列將IQ兩路數(shù)字基帶矢量信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制到中頻，得到數(shù)字中頻信號(hào)后，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列傳送至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊103的數(shù)據(jù)輸入接口，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊103 將數(shù)字中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號(hào)，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊103的數(shù)據(jù)輸出接口將模擬中頻信號(hào)傳送至射頻模塊200，射頻模塊200將模擬中頻信號(hào)變換到用戶設(shè)定的射頻頻率，最后輸出用戶設(shè)定的功率；另一條途徑是模塊化計(jì)算機(jī)101通過(guò)PCI Express接口將IQ兩路數(shù)字基帶矢量信號(hào)傳送至中頻處理模塊102的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列傳送至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊103的數(shù)據(jù)輸入接口，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊103把數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)為模擬基帶信號(hào)，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊103的數(shù)據(jù)輸出接口將模擬基帶信號(hào)輸出。
本發(fā)明的基于模塊化計(jì)算機(jī)的射頻矢量信號(hào)源，直接將模塊化計(jì)算機(jī)100集成到信號(hào)源內(nèi)部，可以安裝主流windows操作系統(tǒng),如windows7或windows XP等,并具有PCI Express (英文全稱Peripheral Component InterconnectExpress)高速接口。在儀器內(nèi)部通過(guò)接插件與信號(hào)處理板相連，既保證高傳輸速率，又穩(wěn)定可靠。對(duì)用戶而言，只需一臺(tái)儀器就可以實(shí)現(xiàn)多制式復(fù)雜矢量信號(hào)輸出，且可在硬件平臺(tái)不變的前提下擴(kuò)展軟件功能， 以支持更多類型信號(hào)。由于本發(fā)明的矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)COM ExpresM英文全稱computer-on-module Express)接口與信號(hào)處理電路板連接,所以可以通過(guò)更新模塊的方式進(jìn)行升級(jí)。
本發(fā)明的射頻矢量信號(hào)源可按設(shè)計(jì)層次模型分為三層用戶層、軟件層和硬件層， 如圖4所示。用戶層定義了用戶使用本發(fā)明的方式，主要有三種控制或配置方式，一是通過(guò)觸摸屏，二是通過(guò)鍵盤鼠標(biāo)的形式，三是通過(guò)面板上的按鍵和旋鈕。總之，本發(fā)明就是一臺(tái)獨(dú)立的矢量信號(hào)源， 不需要外接計(jì)算機(jī)，用以上三種方式都可以實(shí)現(xiàn)用戶的配置調(diào)節(jié)功能。在用戶層，人機(jī)界面采用大尺寸觸摸LCD屏，或鍵盤鼠標(biāo)，也保留傳統(tǒng)的按鍵和旋鈕，既兼顧工程師的使用信號(hào)源產(chǎn)品的習(xí)慣，又實(shí)現(xiàn)脫離外置計(jì)算機(jī)直接在單臺(tái)儀器上配置信號(hào)的全新操作方式。在軟件層，本發(fā)明的儀器軟件平臺(tái)基于windows (也支持Linux等操作系統(tǒng))，開(kāi)發(fā)與維護(hù)難度相對(duì)較小，具有較好的兼容性。在硬件層，COM Express模塊化計(jì)算機(jī)作為一個(gè)模塊與中頻信號(hào)處理電路板通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口連接。模塊化計(jì)算機(jī)不僅僅作為控制和接口管理，更重要的是作為矢量信號(hào)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的運(yùn)算單元，這是本發(fā)明與傳統(tǒng)矢量信號(hào)源的最大區(qū)別。按鍵和旋鈕等面板部件產(chǎn)生的頻率和功率設(shè)置、儀器配置、Reset等所有控制命令必須輸入到模塊化計(jì)算機(jī)中，譯碼后統(tǒng)一調(diào)度。從操作模式上來(lái)看，本發(fā)明既可以看作一臺(tái)包含計(jì)算機(jī)的信號(hào)源，也可看成是一臺(tái)具有矢量信號(hào)源功能的計(jì)算機(jī)。`
權(quán)利要求
1.一種基于模塊化計(jì)算機(jī)的射頻矢量信號(hào)源，其特征在于，該矢量信號(hào)源包括矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊(100)，以及與矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊(100)連接的射頻模塊(200)，其中，矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊(100)用于生成數(shù)字基帶信號(hào)，并經(jīng)過(guò)中頻處理與數(shù)模轉(zhuǎn)換，得到模擬中頻矢量信號(hào)；射頻模塊(200)用于實(shí)現(xiàn)射頻上變頻功能，將其接收的模擬中頻信號(hào)變換到用戶設(shè)定的射頻頻率，輸出用戶設(shè)定的功率，并保持信號(hào)在不低于IOOMHz的帶寬范圍內(nèi)的線性特所述的矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊(100)包括模塊化計(jì)算機(jī)(101):用于計(jì)算和控制信號(hào)源，并且產(chǎn)生IQ兩路數(shù)字基帶矢量信號(hào)； 中頻處理模塊(102):含有現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，用于將IQ兩路數(shù)字基帶矢量信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制到中頻，得到數(shù)字中頻信號(hào)；數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(103):用于將數(shù)字中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號(hào)，作為矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊(100)的輸出；所述的模塊化計(jì)算機(jī)(101)產(chǎn)生的IQ兩路數(shù)字基帶矢量信號(hào)，分為兩條途徑輸送，一條途徑是模塊化計(jì)算機(jī)(101)通過(guò)PCI Express接口將IQ兩路數(shù)字基帶矢量信號(hào)傳送至中頻處理模塊(102)的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列；現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列將IQ兩路數(shù)字基帶矢量信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制到中頻，得到數(shù)字中頻信號(hào)后，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列傳送至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(103)的數(shù)據(jù)輸入接口，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(103)將數(shù)字中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號(hào)，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(103)的數(shù)據(jù)輸出接口將模擬中頻信號(hào)傳送至射頻模塊(200)，射頻模塊(200) 將模擬中頻信號(hào)變換到用戶設(shè)定的射頻頻率，最后輸出用戶設(shè)定的功率；另一條途徑是模塊化計(jì)算機(jī)(101)通過(guò)PCI Express接口將IQ兩路數(shù)字基帶矢量信號(hào)傳送至中頻處理模塊(102)的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列傳送至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(103)的數(shù)據(jù)輸入接口，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(103)把數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)為模擬基帶信號(hào)，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(103) 的數(shù)據(jù)輸出接口將模擬基帶信號(hào)輸出。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于模塊化計(jì)算機(jī)的射頻矢量信號(hào)源，其特征在于，所述的射頻模塊(200)包括高精度寬帶頻率合成單元(201):用于提供射頻頻率變換所需的本振信號(hào)，該本振信號(hào)的頻率根據(jù)用戶要求進(jìn)行調(diào)節(jié)；混頻器(202):用于將矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊提供的模擬中頻信號(hào)與高精度寬帶頻率合成單元提供的本振信號(hào)混頻，得到射頻信號(hào)；混頻器有兩個(gè)輸入信號(hào)接口，一個(gè)是本振輸入接口 ；另一個(gè)是模擬中頻信號(hào)接口 ；電平控制模塊(203):用于調(diào)節(jié)混頻器輸出的射頻信號(hào)的功率，使其符合用戶要求；濾波器組(204):用于分頻段對(duì)高精度寬帶頻率合成單元以及輸送至濾波器組中的各路信號(hào)進(jìn)行濾波；倍頻分頻器(205):對(duì)高精度寬帶頻率合成單元的輸出信號(hào)，進(jìn)行倍頻或分頻，提供給混頻器或直接輸出；高精度寬帶頻率合成單元(201)輸出本振信號(hào)，有兩條輸出路徑，一條輸出路徑是直接傳送至混頻器(202)的本振輸入接口，另一條路徑是經(jīng)過(guò)倍頻分頻器(205)再傳送至混頻器(202)的本振輸入接口 ；混頻器(202)的模擬中頻信號(hào)接口與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(103)的模擬中頻輸出接口相連；混頻器(202)將中頻信號(hào)變?yōu)樯漕l信號(hào)，傳送至濾波器組(204)的信號(hào)輸入接口 ；濾波器組(204)對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行濾波，提高射頻信號(hào)的質(zhì)量，將射頻信號(hào)傳送至電平控制模塊(203)的信號(hào)輸入接口 ；電平控制模塊(203)調(diào)節(jié)射頻信號(hào)的功率，然后輸出射頻信號(hào)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的基于模塊化計(jì)算機(jī)的射頻矢量信號(hào)源，其特征在于，所述的模塊化計(jì)算機(jī)(101)包括CPU處理器(1011)、主板控制芯片(1012)、數(shù)據(jù)接口(1013) 和音視頻接口 (1014)，CPU處理器(1011)、主板控制芯片(1012)、數(shù)據(jù)接口 (1013)和音視頻接口(1014)以標(biāo)準(zhǔn)插槽形式安裝在矢量信號(hào)處理電路板上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于模塊化計(jì)算機(jī)的射頻矢量信號(hào)源，包括矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊和射頻模塊，矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊用于生成數(shù)字基帶信號(hào)，并經(jīng)過(guò)中頻處理與數(shù)模轉(zhuǎn)換，得到模擬中頻矢量信號(hào)；射頻模塊用于實(shí)現(xiàn)射頻上變頻功能，將其接收的模擬中頻信號(hào)變換到用戶設(shè)定的射頻頻率，輸出用戶設(shè)定的功率，并保持信號(hào)在不低于100MHz的帶寬范圍內(nèi)的線性特性。矢量信號(hào)產(chǎn)生模塊包括模塊化計(jì)算機(jī)、中頻處理模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。該結(jié)構(gòu)的射頻矢量信號(hào)源以模塊化計(jì)算機(jī)為核心控制與運(yùn)算單元，不需要外接任何設(shè)備，可以產(chǎn)生多制式矢量信號(hào)，并且可以不斷擴(kuò)展。
文檔編號(hào)H04B1/00GK103067027SQ20121056983
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者蔣政波, 洪偉, 翟建鋒, 田玲, 陳憶元, 楊廣琦, 張念祖 申請(qǐng)人:東南大學(xué)