一種用于無線通信的高速數字信號一體化處理裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供了一種用于無線通信的高速數字信號一體化處理裝置，硬件部分包含5個中頻模擬信號接入裝置及對應的5塊中頻信號高速數據處理板卡、一個高速數據轉換與射頻發射裝置及相應的射頻高速數據處理板卡、高速互聯底板、電源模塊、主板、時鐘管理裝置，射頻高速數據處理板卡與中頻信號高速數據處理板卡中的FPGA通過rapidIO互聯構成3×5+2的FPGA陣列，并且各個板卡之間的FPGA能夠互相調用，進行資源共享，并通過高速互聯底板利用CPCI-E與主板通信，并完成相應的高速數據采集及射頻信號發射，軟件部分對整機進行配置控制與管理。本發明專利技術能夠完成無線通信收發的一體化操作，克服設計中的技術瓶頸，具有運算能力強、運用范圍廣、工程應用性好等特點。

【技術實現步驟摘要】
一種用于無線通信的高速數字信號一體化處理裝置
本專利技術屬于無線通信
具體涉及一種用于無線通信的高速數字信號一體化處理裝置。
技術介紹
隨著科技的發展，無線通信技術已經廣泛應用中人們的日常生活中，而軟件無線電技術的出現使得無線通信進入到數字信號處理的時代。針對民用衛星通信、雷達信號處理以及其他高速數據處理等技術要求高、處理速度快的應用場合，國內國外市場上的用于無線通信的數字信號處理平臺已經不能滿足要求。同時很多應用中要求處理的接收與發射的信號帶寬更寬、用戶可以進行開發與驗·證自己的無線通信數字信號處理算法的該高速數字信號處理平臺，這些算法包括進行多節點(多節點指32000以上)的FFT運算、調制、解調、 同步、糾錯等海量數據的高速處理。總體而言，國內外同類產品存在以下缺點數據采集帶寬及處理帶寬不夠；數字接收機上的高速A/D、D/Α芯片不能達到最大利用，很多數字收發機中的處理芯片速度跟不上這些高速A/D、D/A芯片的最高速度，即這些A/D、D/A芯片在最高速度轉換時，處理芯片不能達到這個速度；很多平臺的高速A/D、D/Α芯片速度雖然達到了，但是其轉換精度不能達到令人滿意的精度；很多平臺資源不夠，無法實現調制、解調、同步、FFT等關鍵的信號處理功能，限制了產品的應用范圍；現有的處理平臺在功耗、工程實用性等方面存在不足。中國專利文獻庫公布了一種名稱為《基于軟件無線電濾波的無線傳輸配置及其方法》(專利申請號201010157147. 3)的專利技術專利申請技術，該專利技術專利申請技術公開了一種無線通信
的基于軟件無線電濾波的無線傳輸裝置及其方法，裝置包括射頻發射器、射頻接收器、發射數字信號處理模塊和接收數字信號處理模塊，其中發射數字信號處理模塊與射頻發射器相連傳輸數字信號，射頻發射器與射頻接收器無線相連傳輸無線模擬信號，射頻接收器與接收數字信號處理模塊相連傳輸模擬信號。本專利技術采用基于EMD的濾波預處理方法，考慮到無線信號的特點，在接收天線接收到信號之后采用EMD方法將信號中遍布所有頻段的噪聲濾除，在保證濾波精度的同時也保證了無線信號傳輸的可靠性，效果非常好，能夠應用于工業無線通信的濾波方案，為工業無線通信的廣泛應用奠定基礎。其不足之處在于該專利技術專利申請技術不能進行無線通信的高速數據處理，Α/D數據采集可能會出現速度上或者數據處理上的瓶頸，無法實現大規模的高速調制、解調、同步、FFT等關鍵的信號處理功能，無法組成一個高速處理陣列從而不能在關鍵時刻實現對關鍵信號的綜合優化處理，其功耗和工程實用性不強。
技術實現思路
為了解決現有技術中的不足，提供一種用于無線通信的高速數字信號一體化處理裝置，其體積適中、功能強大、適用范圍廣、工作性能可靠、高速信號處理效果好、能有效的解決國內外同類產品的高速數據處理速度瓶頸、應用范圍窄、資源不足等方面的缺陷和不足。本專利技術的用于無線通信的高速數字信號一體化處理裝置，分為硬件和軟件兩部分，硬件部分包含五個中頻模擬信號接入裝置以及分別對應的五塊中頻信號高速數據處理板卡、一個4/8GHz高速數據轉換與射頻發射裝置及相應的射頻高速數據處理板卡、高速互聯底板、電源模塊、主板、時鐘管理裝置，時鐘管理裝置對輸入的IOOMHz時鐘進行倍頻等相應處理后分別給五個中頻模擬信號接入與采集裝置及一個4/SGHz高速數據轉換與射頻發射裝置供應相應的時鐘信號，五個中頻模擬信號接入與采集裝置把采集到的中頻信號數據傳給相應的中頻信號高速數據處理板卡，而中頻信號高速數據處理板卡插在高速互聯底板上，電源模塊、主板及射頻高速數據處理板卡也插在高速互聯底板上，射頻高速數據處理板卡控制4/SGHz高速數據轉換與射頻發射裝置進行射頻信號的產生與發射；軟件部分包含主板中的驅動程序與上層處理應用程序，及FPGA內部的高速信號處理程序，FPGA內部的高速信號處理程序主要完成FPGA內部的采集或者需要發射信號數據的高速處理，主板中的驅動程序主要完成與六塊處理板卡的通信與配置，主板中的上層處理應用程序主要對處理卡中的數據進行一個整體的分配與管理。本專利技術的所有板卡以及電源均用鋁制金屬腔體進行包裹，以防止信號串擾等問題的發生，特別是高頻信號的影響以及模擬與數字部分的互相干擾，同時還可以對板卡進行散熱和加固。本專利技術的中頻模擬信號接入與采集裝置包含中頻信號輸入接口、Α/D轉換器，中頻信號輸入接口以300MHz為中心頻率，帶寬為200MHz ；A/D轉換器的采集頻率為400MHz， 14bit并行數據輸出，還可以把一個中頻輸入信號分給這五個接口。本專利技術的4/8GHZ高速數據轉換與射頻發射裝置包含一個能夠 實現4GHz或者8GHz 采樣的D/A轉換器、射頻發射裝置，其中射頻發射裝置的帶寬為200MHz，利用該高速采樣處理器產生一個高達2G/4GHZ頻率的載波信號，產生這些信號的數據是通過射頻高速數據處理板卡中的一個射頻信號數據處理FPGA處理，然后利用與4/SGHz高速數據轉換與射頻發射裝置的接口發送給相應的4GHz或者8GHz采樣的D/Α轉換器。本專利技術的中頻信號高速數據處理板卡為6U板卡，包含中頻信號高速數據預處理 FPGA、高速數據處理FPGA及綜合處理FPGA，中頻信號高速數據預處理FPGA、高速數據處理 FPGA型號都為Xilinx公司VIRTEX6系列XC6VSX315T1759，綜合處理FPGA型號為VIRTEX5 系列XC5VSX155T1136，三個FPGA之間具有一百三十個直連10，一百根IO可以工作中 200MHz頻率，即三個IO之間的數據帶寬為20Gbps，在需要的時候可以把數據傳輸速度提升到250MHz ;相鄰中頻信號高速數據處理板卡中頻信號高速數據預處理FPGA有兩組rapid IO相連，相鄰中頻信號高速數據處理板卡高速數據處理FPGA有兩組rapid IO相連，綜合處理FPGA之間也利用兩組rapid IO相連,這些rapid IO都是通過本身板卡的接口經過底板相連接的，總帶寬達到6. 25Gbps ;綜合處理FPGA與底板接口為CPC1-E2. 0，為四通道，每通道速度為5. OGbps，總共數據帶寬為16Gbps。本專利技術所述的射頻高速數據處理板卡為6U板卡，包含一個綜合處理FPGA及一個射頻信號數據處理FPGA，這兩個FPGA之間也采用一百根可以工作中200MHz頻率的10，其數據帶寬可以高達20Gbps，在需要的時候可以把數據傳輸速度提升到250MHz，綜合處理 FPGA型號為Xilinx公司VIRTEX5系列XC5VSX155T1136，利用其四通道的CPCI—E2. O接口與底板相連，此處數據總帶寬為16GBps，該FPGA與與第一塊中頻信號高速數據處理板卡與 最后一塊中頻信號高速數據處理板卡上的綜合處理FPGA利用兩組rapid IO相連，總帶寬 達到6. 25Gbps ;射頻信號數據處理FPGA的型號為Xilinx公司VIRTEX6系列XC6VSX475T， 該FPGA與第一塊中頻信號高速數據處理板卡與最后一塊中頻信號高速數據處理板卡上的 高速數據處理FPGA利用兩組rapid IO相連，總帶寬達到6. 25Gbps。本專利技術所述的高速互聯底板上具有六片CPC1-E插槽，還有每個插槽對應的板卡 的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于無線通信的高速數字信號一體化處理裝置，其特征在于：所述的裝置包含硬件部分和控制軟件，硬件部分中的時鐘管理裝置（47）、主板（48）、中頻信號高速數據處理板卡I～V（36、37、38、39、40）、射頻高速數據處理板卡（41）、電源模塊（49）通過相應的接口分別與高速互聯底板（42）連接，時鐘管理裝置（47）對輸入的時鐘進行處理后為中頻模擬信號接入裝置I～V（7、8、9、10、11）、高速數據轉換與射頻發射裝置（12）、中頻信號高速數據處理板卡I～V（36、37、38、39、40）、射頻高速數據處理板卡（41）提供相應的時鐘信號；中頻模擬信號接入裝置I～V(7、8、9、10、11)接收中頻信號并采集，然后把采集的數據送給各自對應的中頻信號高速數據處理板卡I～V(36、37、38、39、40)處理，均通過CPCI?E總線把數據信息輸送到主板(48)，主板（48）通過CPCI?E總線把要發射的數據輸送到射頻高速數據處理板卡(41)處理，然后通過高速數據轉換與射頻發射裝置（12）產生射頻信號并發射，電源模塊（49）產生各個板卡需要的電源通過高速互聯底板（42）送給各個板卡；控制軟件包含設置在主板（48）的CPU中的驅動程序與上層處理應用程序，分別控制中頻信號高速數據處理板卡I～V（36、37、38、39、40）、射頻高速數據處理板卡（41）的通信與配置、數據的整體分配與管理；設置在中頻信號高速數據處理板卡I～V（36、37、38、39、40）、射頻高速數據處理板卡（41）中的FPGA芯片內的高速信號處理程序，高速信號處理程序主要完成數據采集或者需要發射信號數據的高速處理。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：嚴發寶，王能，梅勇，陳剛，李彥平，陳航，周勇，
申請(專利權)人：綿陽市維博電子有限責任公司，
類型：發明
國別省市：