CN107920177B - 一种超高速调制解调器射频实现装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高速调制解调器射频实现装置，它涉及卫星通信领域中超高速调制解调器的射频实现技术。它由3个调制基带板卡、3个调制板卡、调制时钟、参考晶振、合路放大、分路放大、3个解调板卡、解调时钟、参考晶振、3个解调基带板卡组成。它采用多载波方案，每路载波通道吞吐率为5Gbps，两路载波通道可满足10Gbps，并增加一路低速信号进行时钟恢复。本发明采用模块化设计，结构简单、性能稳定可靠，能够在较恶劣的环境下正常工作，特别适用于Q频段、V频段、W频段和太赫兹频段的卫星通信系统中10Gbps超高速调制解调器的射频实现。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信领域中超高速调制解调器的射频实现技术，特别适用于Q频段、V频段、W频段和太赫兹频段的卫星通信系统中10Gbps超高速调制解调器的射频实现。
背景技术
传统商用卫星所使用的C频段、Ku频段和Ka频段资源已趋于饱和，因此发展Q频段、V频段、W频段和太赫兹频段的卫星通信技术迫在眉睫。随着Q频段、V频段、W频段和太赫兹频段的卫星通信带宽不断提升，数据传输需求也不断增大。受限于调制器、解调器的器件带宽和AD、DA采样率限制，现有的高速调制解调器使用的单载波高速数据传输方案已不能满足需求。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种10Gbps超高速调制解调器射频实现技术，可以满足10Gbps的超高速信道吞吐率。本发明采用多载波方案，每一个载波对应一个调制、解调通道，每个调制、解调通道吞吐率为5Gbps，因此两个调制、解调通道可满足10Gbps。调制和解调器采用QPSK体制，两路载波的传输符号率均为2.5GSPS，由于解调器时钟恢复需要较高的采样倍数，受AD采样率限制，因此增加一路低速信号进行时钟恢复。
本发明的目的是这样实现的：一种超高速调制解调器射频实现装置，包括第一基带板卡1、第二基带板卡2、第三基带板卡3、第一调制板卡4、第二调制板卡5、第三调制板卡6、调制时钟7、第一参考晶振8、合路放大器9、分路放大器10、第一解调板卡11、第二解调板卡12、第三解调板卡13、解调时钟14、第二参考晶振15、第四基带板卡16、第五基带板卡17和第六基带板卡18，所述第一基带板卡1将接收的外部数据进行基带处理，转换为一组正交基带信号输出至第一调制板卡4；第三基带板卡3将接收的外部数据进行基带处理，转换为一组正交基带信号输出至第三调制板卡6；第二基带板卡2产生一组正交基带信号输出至第二调制板卡5；第一参考晶振8分别为第一调制板卡4、第二调制板卡5、第三调制板卡6和调制时钟7提供参考基准信号；调制时钟7根据参考基准信号为第一基带板卡1、第二基带板卡2和第三基带板卡3提供DA采样时钟；第一调制板卡4、第二调制板卡5和第三调制板卡6分别根据参考基准信号将接收到的正交基带信号调制为不同频率的调制信号，并分别输出至合路放大器9；合路放大器9将第一调制板卡4、第二调制板卡5和第三调制板卡6输出的三路不同频率的调制信号合并为一路射频信号，将射频信号经过射频信道传输至解调端的分路放大器10；分路放大器10将接收到的射频信号滤波分路为三路不同频率的调制信号，分别对应输出至第一解调板卡11、第二解调板卡12和第三解调板卡13；第二解调板卡12根据参考基准信号将接收到的调制信号与解调时钟恢复信号进行相干解调得到正交基带信号，并输出到第五基带板卡17；第五基带板卡17对正交基带信号进行解调时钟恢复，输出时钟恢复信息至解调时钟14，并产生解调时钟恢复信号输出至第二解调板卡12；第一解调板卡11根据参考基准信号将接收到的调制信号与解调时钟恢复信号相干解调为一组正交基带信号，输出到第四基带板卡16；第四基带板卡16恢复出数据信息，将数据信息输出至外部，并产生解调时钟恢复信号输出至第一解调板卡11；第三解调板卡13根据参考基准信号将接收到的调制信号与解调时钟恢复信号相干解调为一组正交基带信号，输出到第六基带板卡18；第六基带板卡18恢复出数据信息，将数据信息输出至外部，并产生解调时钟恢复信号输出至第三解调板卡13；第二参考晶振15为第一解调板卡11、第二解调板卡12、第三解调板卡13和解调时钟14提供参考基准信号；解调时钟14依据第五基带板卡17输出的时钟恢复信息调整DA采样时钟的频偏和相位差，为第四基带板卡16、第五基带板卡17和第六基带板卡18提供DA采样时钟。
其中，第一调制板卡4、第二调制板卡5和第三调制板卡6结构相同，均包括第一放大器19、IQ调制器20、第一滤波器21、第一衰减器22和第一单点本振23；其中所述第一放大器19对基带板卡输出的一组正交基带信号进行放大，将放大后的正交基带信号输出至IQ调制器20；IQ调制器20将放大后的正交基带信号与第一单点本振23输出的本振信号进行正交调制，生成调制信号，将调制信号输出至第一滤波器21；第一滤波器21对调制信号进行载波抑制后输出至第一衰减器22；第一衰减器22对载波抑制后的调制信号的功率进行调整，将功率调整后的调制信号输出至合路放大器9；第一参考晶振8为第一单点本振23提供参考基准信号，第一单点本振23根据参考基准信号产生本振信号输出至IQ调制器20。
其中，第一解调板卡11、第二解调板卡12和第三解调板卡13结构相同，均包括第二衰减器24、第二放大器25、IQ解调器26、第二滤波器27、第二单点本振28、混频器29和第三滤波器30；所述第二衰减器24对分路放大器10输出的调制信号进行功率调整，将功率调整后的调制信号输出至第二放大器25；第二放大器25将功率调整后的调制信号进行放大后输出至IQ解调器26；混频器29将第二单点本振28输出的频率本振信号与基带板卡输出的解调时钟恢复信号进行混频，生成相干解调本振信号，输出至第三滤波器30；第三滤波器30对相干解调本振信号进行滤波后输出至IQ解调器26；IQ解调器26根据相干解调本振信号将放大后的调制信号相干解调为一组正交基带信号，并输出至第二滤波器27；第二滤波器27对正交基带信号进行本振抑制，并输出至基带板卡；第二参考晶振15为第二单点本振28提供参考基准信号；第二单点本振28根据参考基准信号输出频率本振信至混频器29。
本发明与背景技术相比有如下优点：
1.本发明利用合路放大器9和分路放大器10实现多载波高速传输方案，弥补受限于混频器带宽和AD、DA采样率限制，单载波传输符号率不能太高的缺陷；采用两路高速载波传输速率各为5Gbps的数据信号，并增加一路低速载波，解决解调时钟恢复问题；利用解调时钟14实现多载波的相干解调。
2.本发明采用模块化设计，结构简单、性能稳定可靠，能够在较恶劣的环境-10℃～+50℃下正常工作。
3.本发明适用于Q频段、V频段、W频段和太赫兹频段的卫星通信系统中10Gbps超高速调制解调器的射频实现，具有推广应用价值。
附图说明
图1是本发明的原理方框图。
图2是本发明调制板卡的电原理图。
图3是本发明解调板卡的电原理图。
具体实施方式
参照图1至图3，本发明由第一基带板卡1、第二基带板卡2、第三基带板卡3、第一调制板卡4、第二调制板卡5、第三调制板卡6、调制时钟7、第一参考晶振8、合路放大器9、分路放大器10、第一解调板卡11、第二解调板卡12、第三解调板卡13、解调时钟14、第二参考晶振15、第四基带板卡16、第五基带板卡17、第六基带板卡18组成，图1是本发明实施例的电原理方框图，实施例按图1连接线路。其中第一参考晶振8为第一调制板卡4、第二调制板卡5、第三调制板卡6和调制时钟7提供100MHz参考基准信号，第二参考晶振15为第一解调板卡11、第二解调板卡12、第三解调板卡13和解调时钟14提供100MHz参考基准信号，实施例第一参考晶振8和第二参考晶振15均采用中电五十四所生产的恒温晶振OC60S2B58WS01-100.00M制作；调制时钟7为第一基带板卡1、第二基带板卡2、第三基带板卡3提供1.25GHz的DA采样时钟，实施例采用北京澳丰源生产的时钟源LO1225LS-1制作；解调时钟14为第四基带板卡16、第五基带板卡17、第六基带板卡18提供1.25GHz的DA采样时钟，实施例采用北京澳丰源生产的时钟源UC1225LS-1制作；合路放大器9将第一调制板卡4、第二调制板卡5、第三调制板卡6输出的三路调制信号合并为一路射频信号，经过射频信道传递至解调端，实施例采用石家庄伟纵生产的合路放大单元WZJ-101制作；分路放大器10将接收到的射频信号滤波分路为三路调制信号，分别输出到第一解调板卡11、第二解调板卡12、第三解调板卡13，实施例采用石家庄伟纵生产的分路放大单元WZJ-100制作。
具体为：第一调制板卡4、第二调制板卡5、第三调制板卡6调制生成三路载波，其中第一调制板卡4和第三调制板卡6生成的两路载波用于数据传输，第二调制板卡5生成的载波用于解调时钟恢复；三路载波频率不同，经合路放大器9合成一路通过射频信道传输到解调端；分路放大器10将载波分为三路，分别交予第一解调板卡11、第二解调板卡12、第三解调板卡13进行相干解调，其中第一解调板卡11和第三解调板卡13对用于数据传输的两路载波进行相干解调，第二解调板卡12对用于解调时钟恢复的载波进行相干解调。
其中第一基带板卡1将通过光口A传输的速率为5Gbps的数据进行基带处理，转换为一组频率为DC～2.5GHz的正交基带信号输出至第一调制板卡4；第三基带板卡3将通过光口B传输的速率为5Gbps的数据进行基带处理，转换为一组频率为DC～2.5GHz的正交基带信号输出至第三调制板卡6；第二基带板卡2产生一组频率为DC～0.15GHz正交基带信号输出至第二调制板卡5；第一参考晶振8为第一调制板卡4、第二调制板卡5、第三调制板卡6和调制时钟7提供100MHz参考基准信号；调制时钟7为第一基带板卡1、第二基带板卡2、第三基带板卡3提供1.25GHz的DA采样时钟；第一调制板卡4将从第一基带板卡1输入的一组正交基带信号调制为频率为9.2GHz～14.2GHz的调制信号；第三调制板卡6将从第三基带板卡3输入的一组正交基带信号调制为频率为17.1GHz～22.1GHz的调制信号；第二调制板卡5将从第二基带板卡2输入的一组正交基带信号调制为频率为15.5GHz～15.8GHz的调制信号；合路放大器9将第一调制板卡4、第二调制板卡5、第三调制板卡6输出的三路调制信号合并为一路频率为9.2GHz～22.1GHz的射频信号，经过射频信道传输至解调端；其中射频信道可以是Q频段、V频段、W频段或太赫兹频段的卫星通信链路；分路放大器10将接收到的频率为9.2GHz～22.1GHz的射频信号滤波分路为频率为9.2GHz～14.2GHz、频率为15.5GHz～15.8GHz、频率为17.1GHz～22.1GHz的三路调制信号，分别输出到第一解调板卡11、第二解调板卡12、第三解调板卡13；第二解调板卡12将频率为15.5GHz～15.8GHz的调制信号相干解调为一组频率为DC～0.15GHz的正交基带信号，输出到第五基带板卡17进行解调时钟恢复；第一解调板卡11将频率为9.2GHz～14.2GHz的调制信号相干解调为一组频率为DC～2.5GHz的正交基带信号，输出到第四基带板卡16恢复出速率为5Gbps的数据信息，并由光口C输出；第三解调板卡13将频率为17.1GHz～22.1GHz的调制信号相干解调为一组频率为DC～2.5GHz的正交基带信号，输出到第六基带板卡18恢复出速率为5Gbps的数据信息，并由光口D输出；第二参考晶振15为第一解调板卡11、第二解调板卡12、第三解调板卡13和解调时钟14提供100MHz参考基准信号；解调时钟14为第四基带板卡16、第五基带板卡17、第六基带板卡18提供1.25GHz的DA采样时钟，并依据第五基带板卡17给出的时钟恢复信息，调整DA采样时钟的频偏和相位差，满足第四基带板卡16和第六基带板卡18的相干解调需求。
本发明第一调制板卡4由第一放大器19、IQ调制器20、第一滤波器21、第一衰减器22和第一单点本振23组成。图2是本发明第一调制板卡4的电原理图，实施例按图2连接线路。第一放大器19对第一基带板卡1输出的一组频率为DC～2.5GHz的正交基带信号进行放大，实施例采用市售专用放大器ERA-3SM+制作；IQ调制器20将正交基带信号与第一单点本振23输出的11.7GHz本振信号进行正交调制，实施例采用市售专用IQ混频器HMC521LC4制作；第一滤波器21对调制信号进行载波抑制，实施例采用南京赛格微生产的腔体滤波器SW-CB11700P10-6CPA制作；第一单点本振23为IQ调制器20提供本振信号，实施例采用市售专用锁相环芯片HMC704LP4和市售专用压控振荡器HMC583LP5制作。
具体为：第一放大器19对第一基带板卡1输出的一组频率为DC～2.5GHz的正交基带信号进行放大；IQ调制器20将正交基带信号与第一单点本振23输出的11.7GHz本振信号进行正交调制，生成频率为9.2GHz～14.2GHz的调制信号；第一滤波器21对调制信号进行载波抑制；第一衰减器22对调制信号的功率进行调整，防止合路放大器9内部放大器饱和；第一参考晶振8为第一单点本振23提供100MHz参考基准信号；第二调制板卡5和第三调制板卡6内部构成与第一调制板卡4类似。
本发明第一解调板卡11由第二衰减器24、第二放大器25、IQ解调器26、第二滤波器27、第二单点本振28、混频器29和第三滤波器30组成。图3是本发明第一解调板卡11的电原理图，实施例按图3连接线路。IQ解调器26将调制信号相干解调为一组正交基带信号，实施例采用市售专用IQ混频器HMC521LC4制作；第二单点本振28生成本振信号，实施例采用市售专用锁相环芯片HMC704LP4和市售专用压控振荡器HMC583LP5制作；混频器29将第二单点本振28输出的本振信号与第四基带板卡16输出的解调时钟恢复信号混频，生成相干解调本振信号，实施例采用市售专用混频器HMC553制作；第三滤波器30对相干解调本振信号进行滤波，实施例采用南京赛格微生产的腔体滤波器SW-CB11700P10-6CPA制作。
具体为：第二衰减器24对分路放大输出的频率为9.2GHz～14.2GHz的调制信号进行功率调整，防止第二放大器25饱和；混频器29将第二单点本振28输出的频率为11.63GHz的本振信号与第四基带板卡16输出的频率为70MHz±2MHz的解调时钟恢复信号混频，生成频率为11.7GHz±2MHz的相干解调本振信号；第三滤波器30对相干解调本振信号进行滤波；IQ解调器26将频率为9.2GHz～14.2GHz的调制信号相干解调为一组频率为DC～2.5GHz的正交基带信号，输出到第四基带板卡16；第二参考晶振15为第二单点本振28提供100MHz参考基准信号；第二解调板卡12和第三解调板卡13内部构成与第一解调板卡11类似。
本发明简要工作原理如下：第一基带板卡1将通过光口A传输的速率为5Gbps的数据进行基带处理，转换为一组正交基带信号输出至第一调制板卡4；第三基带板卡3将通过光口B传输的速率为5Gbps的数据进行基带处理，转换为一组正交基带信号输出至第三调制板卡6；第二基带板卡2产生一组正交基带信号输出至第二调制板卡5；第一调制板卡4将从第一基带板卡1输入的一组正交基带信号调制为调制信号；第三调制板卡6将从第三基带板卡3输入的一组正交基带信号调制为调制信号；第二调制板卡5将从第二基带板卡2输入的一组正交基带信号调制为调制信号；合路放大器9将第一调制板卡4、第二调制板卡5、第三调制板卡6输出的三路调制信号合并为一路射频信号，经过射频信道传递至解调端；其中射频信道可以是Q频段、V频段、W频段或太赫兹频段的卫星通信链路；分路放大器10将接收到的射频信号滤波分为三路调制信号，分别输出到第一解调板卡11、第二解调板卡12、第三解调板卡13；第二解调板卡12将调制信号相干解调为一组正交基带信号，输出到第五基带板卡17进行解调时钟恢复；第五基带板卡17将解调时钟恢复信息提供到解调时钟14，调整DA采样时钟的频偏和相位差，满足第四基带板卡16和第六基带板卡18的相干解调需求；第一解调板卡11将调制信号相干解调为一组正交基带信号，输出到第四基带板卡16恢复出速率为5Gbps的数据信息，并由光口C输出；第三解调板卡13将调制信号相干解调为一组正交基带信号，输出到第六基带板卡18恢复出速率为5Gbps的数据信息，并由光口D输出。
本发明的安装结构如下：将图1中第一基带板卡1、第二基带板卡2、第三基带板卡3、第一调制板卡4、第二调制板卡5、第三调制板卡6、调制时钟7、第一参考晶振8、合路放大器9固定在一个标准4U调制机箱内部，将图1中分路放大器10、第一解调板卡11、第二解调板卡12、第三解调板卡13、解调时钟14、第二参考晶振15、第四基带板卡16、第五基带板卡17、第六基带板卡18固定在一个标准5U解调机箱内部；输入端口A、输入端口B、输出端口C及输出端口D采用四个光口插座,合路放大器9的射频输出和分路放大器10的射频输入采用两个2.92-KFKS2插座，组装成本发明。
Claims (3)
1.一种超高速调制解调器射频实现装置，包括第一基带板卡(1)、第二基带板卡(2)、第三基带板卡(3)、调制时钟(7)、第一参考晶振(8)、合路放大器(9)、分路放大器(10)、解调时钟(14)、第二参考晶振(15)、第四基带板卡(16)、第五基带板卡(17)和第六基带板卡(18)，其特征在于：还包括第一调制板卡(4)、第二调制板卡(5)、第三调制板卡(6)、第一解调板卡(11)、第二解调板卡(12)和第三解调板卡(13)；所述的第一基带板卡(1)将接收的外部数据进行基带处理，转换为一组正交基带信号输出至第一调制板卡(4)；第三基带板卡(3)将接收的外部数据进行基带处理，转换为一组正交基带信号输出至第三调制板卡(6)；第二基带板卡(2)产生一组正交基带信号输出至第二调制板卡(5)；第一参考晶振(8)分别为第一调制板卡(4)、第二调制板卡(5)、第三调制板卡(6)和调制时钟(7)提供参考基准信号；调制时钟(7)根据参考基准信号为第一基带板卡(1)、第二基带板卡(2)和第三基带板卡(3)提供DA采样时钟；第一调制板卡(4)、第二调制板卡(5)和第三调制板卡(6)分别根据参考基准信号将接收到的正交基带信号调制为不同频率的调制信号，并分别输出至合路放大器(9)；合路放大器(9)将第一调制板卡(4)、第二调制板卡(5)和第三调制板卡(6)输出的三路不同频率的调制信号合并为一路射频信号，将射频信号经过射频信道传输至解调端的分路放大器(10)；分路放大器(10)将接收到的射频信号滤波分路为三路不同频率的调制信号，分别对应输出至第一解调板卡(11)、第二解调板卡(12)和第三解调板卡(13)；第二解调板卡(12)根据参考基准信号将接收到的调制信号与解调时钟恢复信号进行相干解调得到正交基带信号，并输出到第五基带板卡(17)；第五基带板卡(17)对正交基带信号进行解调时钟恢复，输出时钟恢复信息至解调时钟(14)，并产生解调时钟恢复信号输出至第二解调板卡(12)；第一解调板卡(11)根据参考基准信号将接收到的调制信号与解调时钟恢复信号相干解调为一组正交基带信号，输出到第四基带板卡(16)；第四基带板卡(16)恢复出数据信息，将数据信息输出至外部，并产生解调时钟恢复信号输出至第一解调板卡(11)；第三解调板卡(13)根据参考基准信号将接收到的调制信号与解调时钟恢复信号相干解调为一组正交基带信号，输出到第六基带板卡(18)；第六基带板卡(18)恢复出数据信息，将数据信息输出至外部，并产生解调时钟恢复信号输出至第三解调板卡(13)；第二参考晶振(15)为第一解调板卡(11)、第二解调板卡(12)、第三解调板卡(13)和解调时钟(14)提供参考基准信号；解调时钟(14)依据第五基带板卡(17)输出的时钟恢复信息调整DA采样时钟的频偏和相位差，为第四基带板卡(16)、第五基带板卡(17)和第六基带板卡(18)提供DA采样时钟。
2.根据权利要求1所述的超高速调制解调器射频实现装置，其特征在于：第一调制板卡(4)、第二调制板卡(5)和第三调制板卡(6)结构相同，均包括第一放大器(19)、IQ调制器(20)、第一滤波器(21)、第一衰减器(22)和第一单点本振(23)；其中所述第一放大器(19)对基带板卡输出的一组正交基带信号进行放大，将放大后的正交基带信号输出至IQ调制器(20)；IQ调制器(20)将放大后的正交基带信号与第一单点本振(23)输出的本振信号进行正交调制，生成调制信号，将调制信号输出至第一滤波器(21)；第一滤波器(21)对调制信号进行载波抑制后输出至第一衰减器(22)；第一衰减器(22)对载波抑制后的调制信号的功率进行调整，将功率调整后的调制信号输出至合路放大器(9)；第一参考晶振(8)为第一单点本振(23)提供参考基准信号，第一单点本振(23)根据参考基准信号产生本振信号输出至IQ调制器(20)。
3.权利要求1所述的超高速调制解调器射频实现装置，其特征在于：第一解调板卡(11)、第二解调板卡(12)和第三解调板卡(13)结构相同，均包括第二衰减器(24)、第二放大器(25)、IQ解调器(26)、第二滤波器(27)、第二单点本振(28)、混频器(29)和第三滤波器(30)；所述的第二衰减器(24)对分路放大器(10)输出的调制信号进行功率调整，将功率调整后的调制信号输出至第二放大器(25)；第二放大器(25)将功率调整后的调制信号进行放大后输出至IQ解调器(26)；混频器(29)将第二单点本振(28)输出的频率本振信号与基带板卡输出的解调时钟恢复信号进行混频，生成相干解调本振信号，输出至第三滤波器(30)；第三滤波器(30)对相干解调本振信号进行滤波后输出至IQ解调器(26)；IQ解调器(26)根据相干解调本振信号将放大后的调制信号相干解调为一组正交基带信号，并输出至第二滤波器(27)；第二滤波器(27)对正交基带信号进行本振抑制，并输出至基带板卡；第二参考晶振(15)为第二单点本振(28)提供参考基准信号；第二单点本振(28)根据参考基准信号输出频率本振信号至混频器(29)。
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