CN109729038A - 一种捷变型宽带矢量基带信号发生装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种捷变型宽带矢量基带信号发生装置和方法。所述装置，包括：存储器，用于存储零中频宽带矢量数字信号；矢量调制器，用于读取所述零中频宽带矢量数字信号，并且以N个不同的中心频率对所述零中频宽带矢量数字信号同时进行调制，得到宽带矢量基带信号，发送至数模转换器；数模转换器，用于接收矢量调制器发送的宽带矢量基带信号，进行并串转换及数模转换后输出。本申请还提供了一个使用以上装置的方法。与现有宽带矢量基带信号发生装置和方法比较，本申请具有输出信号能够实现高速频率捷变的优点。

Description

一种捷变型宽带矢量基带信号发生装置和方法

技术领域

本发明涉及宽带矢量基信号产生领域，尤其涉及一种捷变型宽带矢量基带信号发生装置和方法。

背景技术

现代局部战争中，雷达探测、电子对抗与反对抗的竞争日趋激烈，武器系统对其关键技术之一的基带信号产生提出了越来越多的要求：雷达探测与电子对抗发射机以及应用于许多武器装备的诱偏源、模拟仿真和测试系统都要求具备极快的频率切换速度、极宽的调制带宽，并要求输出信号矢量化。此外，随着新一代武器装备的发展和在役武器装备使用保障对测试技术的需求，对基带信号提出了更高的要求，需要解决频率切换时间、调制信号复杂多变的仿真信号发生难题，满足雷达、通信、导航和精确制导及其对抗装备对密集、复杂和状态多变的电磁环境模拟仿真及测试要求。

发明内容

本申请提出了一种捷变型宽带矢量基带信号发生装置和方法，解决现有宽带矢量基信号生成装置和方法不能实现输出信号的高速频率捷变的问题。

本申请实施例采用下述技术方案：

本申请实施例提供一种捷变型宽带矢量基带信号发生装置，包括：存储器、矢量调制器、数模转换器：所述存储器，用于存储零中频宽带矢量数字信号；所述矢量调制器，用于读取所述零中频宽带矢量数字信号，并且以N个不同的中心频率对所述零中频宽带矢量数字信号同时进行调制，得到宽带矢量基带信号，发送至数模转换器，所述N是不小于1的整数；所述数模转换器，用于接收矢量调制器发送的宽带矢量基带信号，进行并串转换及数模转换后输出。

优选地，所述矢量调制器进一步包括：数字本振单元、乘法器、加法器：所述数字本振单元，用于同时产生N个不同频率的载波信号，送入乘法单元；所述乘法单元，用于将所述零中频宽带矢量数字信号的I路和Q路数据分别同时与所述N个不同频率的载波信号相乘，得到N组分路宽带矢量基带信号，发送至加法单元；所述加法单元，用于将所述N组分路宽带矢量基带信号分别进行相加，得到宽带矢量基带信号并输出。

优选地，所述存储器使用DDR3芯片组。

最佳地，所述调制信号调度器是FPGA。

优选地，所述FPGA采用28nm逻辑工艺。

本申请实施例还提供一种捷变型宽带矢量基带信号发生方法，用于以上装置，包括以下步骤：读取零中频宽带矢量数字信号；以N个不同的频率为中心频率对所述零中频宽带矢量数字信号同时进行调制，得到宽带矢量基带信号，所述N是不小于1的整数；对所述宽带矢量基带信号并串转换后进行数模转换。

优选地，所述以N个频率为中心频率对所述零中频宽带矢量数字信号并行进行调制，得到宽带矢量基带信号进一步包括：同时生成N个载波信号，所述N个载波信号对应N个不同的频率；将所述N个载波信号分别同时与所述零中频宽带矢量数字信号的I路和Q路数据相乘，得到N组分路宽带矢量基带信号；分别将所述N组分路宽带矢量基带信号的I路和Q路调制数据相加，得到宽带矢量基带信号。

优选地，所述同时生成N个载波信号进一步包括：对生成的载波信号进行相位补偿。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：与现有技术中的宽带矢量基带信号发生器相比，本申请具有输出信号能够实现高速频率捷变的优点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为捷变型宽带矢量基带信号发生装置实施例的结构示意图；

图2为捷变型宽带矢量基带信号发生装置另一实施例的结构示意图；

图3为捷变型宽带矢量基带信号发生方法实施例的流程图；

图4为捷变型宽带矢量基带信号发生方法另一实施例的流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

现代局部战争中，雷达探测、电子对抗与反对抗的竞争日趋激烈，武器系统对其关键技术之一的基带信号产生提出了越来越多的要求：雷达探测与电子对抗发射机以及应用于许多武器装备的诱偏源、模拟仿真和测试系统都要求具备极快的频率切换速度、极宽的调制带宽，并要求输出信号矢量化。此外，随着新一代武器装备的发展和在役武器装备使用保障对测试技术的需求，对基带信号提出了更高的要求，需要解决频率切换时间、调制信号复杂多变的仿真信号发生难题，满足雷达、通信、导航和精确制导及其对抗装备对密集、复杂和状态多变的电磁环境模拟仿真及测试要求。

本发明针对现代捷变频雷达、跳频通信、电子对抗等装备测试需求，提出了一种基于高速并行处理体制的捷变型宽带矢量基带信号发生器，获得了极快的频率捷变速度，同时兼顾宽带矢量信号的产生。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为捷变型宽带矢量基带信号发生装置实施例的结构示意图。本申请实施例提供一种捷变型宽带矢量基带信号发生装置，包括：存储器11、矢量调制器12、数模转换器13：所述存储器11，用于存储零中频宽带矢量数字信号；所述矢量调制器12，用于读取所述零中频宽带矢量数字信号，并且以N个不同的中心频率对所述零中频宽带矢量数字信号同时进行调制，得到宽带矢量基带信号，发送至数模转换器13，所述N是不小于1的整数；所述数模转换器13，用于接收矢量调制器12发送的宽带矢量基带信号，进行并串转换及数模转换后输出。

存储器11中存储零中频宽带矢量数字信号，分为I路和Q路。矢量调制器12从存储器11中读取所述零中频宽带矢量数字信号的I路和Q路数据并进行调制，调制的中心频率有N个不同的频率，所述N是不小于1的整数，以N个不同中心频率的调制是并行进行的，调制后得到宽带矢量基带信号，所述宽带矢量基带信号包含N个并行的不同中心频率的矢量基带信号。将所述宽带矢量基带信号发送至数模转换器13。数模转换器13接收到矢量调制器12发送的宽带矢量基带信号，先将由N个并行的不同中心频率的矢量基带信号组成的宽带矢量基带信号进行并串转换，同时将数据总位宽展宽后的数据再收敛，匹配数模转换器13的数据位宽接口和数模转换速率。之后再依次进行数模转换，输出N个依次排列的不同中心频率的宽带矢量基带信号，由于数模转换器13的高速处理特性，输出信号的中心频率变化也是高速的，即输出了频率捷变型宽带矢量基带信号。

例如存储器11中存储零中频宽带矢量数字信号，分为I路和Q路，例如分别为I(t)、Q(t)。矢量调制器12从存储器11中读取所述I(t)、Q(t)数据并以N个频率为中心频率进行并行调制，所述N是不小于1的整数。中心频率例如为ω时，矢量调制的基本公式是：I(t)×cos(ωt)+Q(t)×sin(ωt)，调制后得到宽带矢量基带信号，包含N个并行的不同中心频率的矢量基带信号，N个频率例如分别为ω＝ω₁，ω₂，…，ω_N。将所述宽带矢量基带信号发送至数模转换器13。数模转换器13接收到矢量调制器12发送的宽带矢量基带信号，先将由N个并行的不同中心频率的矢量基带信号组成的宽带矢量基带信号进行并串转换，同时将数据总位宽展宽后的数据再收敛，匹配数模转换器13的数据位宽接口和数模转换速率。经过并串转换后的矢量基带信号依次进行数模转换，输出N个依次排列的不同中心频率的宽带矢量基带信号，N个频率分别为ω＝ω₁，ω₂，…，ω_N。由于数模转换器13的高速处理特性，输出信号的中心频率变化也是高速从ω₁变化至ω_N的，即输出了频率捷变型宽带矢量基带信号。数模转换器13本身是双通道输入，经过内部的升速模块将两路低速数据合成一路高速数据，再转换为模拟信号输出。数模转换器14内部延时不超过10ns，不影响高速切换的时间。

优选地，所述存储器12使用DDR3芯片组。

存储器12使用DDR3芯片组，采用位扩展的方式进行处理，使用8颗粒DDR3，每4颗粒DDR3为一组进行位扩，共分2组。

最佳的实施例：所述调制信号调度器13是FPGA。

使用FPGA实现调制信号调度器功能是最优的选择，利用FPGA内的逻辑资源，将矢量调制的基本模块进行逻辑复用，使得输入的数据能够高速并行处理，降低调质处理的流水时间，且性能稳定、占用空间小、便于与其他部件集成。

由于FPGA内调制信号调度器13切换读数分区的操作非常快，本身内部时钟流水不超过20ns，而且采用预读取技术解决存储器12切换的时间消耗，总消耗延时不超过60ns，因此可以实现调制信号之间的高速切换，从而实现具有多种调制信号序列输出的复杂调制信号的产生。

优选的实施例：所述FPGA采用28nm逻辑工艺。

FPGA采用28nm逻辑工艺，接口速率理论上可以达到1GHz@DDR，实际工程上可以稳定工作在800MHz@DDR，完全可以对接所使用的存储器12。其内部时钟网络可以工作在最高800MHz的时钟速率，即使附加上组合逻辑引入的延时，也可以很方便的实现超高速单路数据速率。

图2为捷变型宽带矢量基带信号发生装置另一实施例的结构示意图。图1所述矢量调制器12进一步包括：数字本振单元24、乘法器25、加法器26：所述数字本振单元24，用于同时产生N个不同频率的载波信号，送入乘法单元25；所述乘法单元25，用于将所述零中频宽带矢量数字信号的I路和Q路数据分别同时与所述N个不同频率的载波信号相乘，得到N组分路宽带矢量基带信号，发送至加法单元26；所述加法单元26，用于将所述N组分路宽带矢量基带信号分别进行相加，得到宽带矢量基带信号并输出。

数字本振单元24用于产生载波信号，由于要求调制后信号的中心频率快速捷变，因此需要同时产生N个不同频率的载波信号，为了降低产生载波信号的数字流水时间，因此把数字本振单元24进行N次复用，这样在单位时间内产生的载波信号的样点数是原来的N倍，相当于产生同样样点数的时间降为原来的1/N，这样就实现了数字本振单元24快速产生N个不同频率的载波信号，生成的载波信号用于矢量调制，可分解为正弦和余弦。载波信号和来自存储器的零中频宽带矢量数字信号进入乘法单元25，将零中频宽带矢量数字信号的I路和Q路分别与载波信号的余弦和正弦进行相乘，在该过程中乘法单元25也被复用了N次，得到了N组分路宽带矢量基带信号，送入加法单元26，所述分路宽带矢量基带信号是经过乘法单元25处理的I路和Q路信号，每组分路宽带矢量基带信号的中心频率各不相同。加法单元26将N组分路宽带矢量基带信号的I路和Q路信号分别相加，在该过程中加法单元26也被复用了N次，输出宽带矢量基带信号，所述宽带矢量基带信号包含N个并行的不同中心频率的矢量基带信号。

例如数字本振单元24用于产生载波信号，中心频率例如为ω时，产生的矢量调制的载波信号可以表示为cos(ωt)、sin(ωt)，由于要求调制后信号的中心频率快速捷变，因此需要同时产生N个不同频率的载波信号，为了降低产生载波信号的数字流水时间，因此把数字本振单元24进行N次复用，这样在单位时间内产生的载波信号的样点数是原来的N倍，相当于产生同样样点数的时间降为原来的1/N，这样就实现了数字本振单元24快速产生N个不同频率的载波信号，N个频率例如分别为ω＝ω₁，ω₂，…，ω_N。从存储器11中读取的所述零中频宽带矢量数字信号的两路例如分别是I(t)、Q(t)，将载波信号cos(ωt)、sin(ωt)和来自存储器的零中频宽带矢量数字信号I(t)、Q(t)送入乘法单元25，乘法单元25例如是25x18的乘法器。中心频率例如为ω时，乘法单元25将零中频宽带矢量数字信号的I路和Q路分别与载波信号的余弦和正弦进行相乘，得到I(t)×cos(ωt)、Q(t)×sin(ωt)，送入加法单元26。乘法单元25处理N组数据时是并行进行，也被复用了N次。加法单元26将N组分路宽带矢量基带信号的I路和Q路信号分别相加，得到I(t)×cos(ωt)+Q(t)×sin(ωt)，ω＝ω₁，ω₂，…，ω_N，包含N个并行的不同中心频率的矢量调制信号，即输出宽带矢量基带信号，在该过程中加法单元26也被复用了N次。

图3为捷变型宽带矢量基带信号发生方法实施例的流程图。本申请实施例提供的一种捷变型宽带矢量基带信号发生方法，包括以下步骤：

步骤301：读取零中频宽带矢量数字信号。

此步骤是读取零中频宽带矢量数字信号，分为I路和Q路。

此步骤读取的零中频宽带矢量数字信号，分为I路和Q路，例如分别为I(t)、Q(t)。

步骤302：以N个不同的频率为中心频率对所述零中频宽带矢量数字信号同时进行调制，得到宽带矢量基带信号，所述N是不小于1的整数。

此步骤是将步骤301中读取的零中频宽带矢量数字信号进行调制，调制时以N个不同的频率为中心频率并行进行，得到宽带矢量基带信号，由N个并行的不同中心频率的基带信号组成。

中心频率例如为ω时，矢量调制的基本公式是：I(t)×cos(ωt)+Q(t)×sin(ωt)，调制后得到宽带矢量基带信号，包含N个并行的不同中心频率的矢量基带信号，N个频率例如分别为ω＝ω₁，ω₂，…，ω_N。

步骤303：对所述宽带矢量基带信号并串转换后进行数模转换。

调制后的宽带矢量基带信号由N个并行的不同中心频率的矢量基带信号组成，先将并行的宽带矢量基带信号进行并串转换，再依次进行数模转换，输出N个依次排列的不同中心频率的宽带矢量基带信号，由于输出信号的中心频率快速变化，因此输出的是频率捷变型宽带矢量基带信号。

调制后的宽带矢量基带信号由N个并行的不同中心频率的矢量基带信号组成，先进行并串转换，再依次进行数模转换，输出N个依次排列的不同中心频率的宽带矢量基带信号，N个频率分别为ω＝ω₁，ω₂，…，ω_N。由于输出信号的中心频率是从ω₁至ω_N高速变化的，因此输出的是频率捷变型宽带矢量基带信号。

图4为捷变型宽带矢量基带信号发生方法另一实施例的流程图。本申请另一实施例提供的一种捷变型宽带矢量基带信号发生方法，包括以下步骤：

步骤401：读取零中频宽带矢量数字信号。(同步骤301)

步骤402：同时生成N个载波信号，所述N个载波信号对应N个不同的频率。

由于要求调制后信号的中心频率快速捷变，因此需要同时产生N个不同频率的载波信号，生成的载波信号用于矢量调制，可分解为正弦和余弦。

例如同时生成的N个载波信号对应N个不同的频率，中心频率例如表示ω，N个频率例如分别为ω＝ω₁，ω₂，…，ω_N。产生的矢量调制的载波信号可以分解为cos(ωt)、sin(ωt)。

步骤403：将所述N个载波信号分别同时与所述零中频宽带矢量数字信号的I路和Q路数据相乘，得到N组分路宽带矢量基带信号。

对零中频宽带矢量数字信号进行调制，将零中频宽带矢量数字信号的I路和Q路分别同时与N个载波信号的余弦和正弦进行相乘，得到了N组分路宽带矢量基带信号，所述分路宽带矢量基带信号是经过乘法处理的I路和Q路信号，每组分路宽带矢量基带信号的中心频率各不相同。

所述零中频宽带矢量数字信号的两路例如分别是I(t)、Q(t)，将载波信号cos(ωt)、sin(ωt)和来自存储器的零中频宽带矢量数字信号I(t)、Q(t)分别进行相乘，得到I(t)×cos(ωt)、Q(t)×sin(ωt)，ω＝ω₁，ω₂，…，ω_N。

步骤404：分别将所述N组分路宽带矢量基带信号的I路和Q路调制数据相加，得到宽带矢量基带信号。

将N组分路宽带矢量基带信号的I路和Q路信号同时分别相加，输出宽带矢量基带信号，所述宽带矢量基带信号包含N个并行的不同中心频率的矢量基带信号。

例如将N组分路宽带矢量基带信号的I路和Q路信号分别相加，得到I(t)×cos(ωt)+Q(t)×sin(ωt)，ω＝ω₁，ω₂，…，ω_N，包含N个并行的不同中心频率的矢量调制信号，即输出宽带矢量基带信号。

步骤405：对所述宽带矢量基带信号并串转换后进行数模转换。(同步骤303)

优选的实施例：所述同时生成N个载波信号进一步包括：对生成的载波信号进行相位补偿。

生成N个载波信号时，中间需要对生成的载波信号进行实时相位补偿，来处理一般器件N路复用后相位逐个偏移的问题。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种捷变型宽带矢量基带信号发生装置，其特征在于，包括：存储器、矢量调制器、数模转换器：

所述存储器，用于存储零中频宽带矢量数字信号；

所述矢量调制器，用于读取所述零中频宽带矢量数字信号，并且以N个不同的中心频率对所述零中频宽带矢量数字信号同时进行调制，得到宽带矢量基带信号，发送至数模转换器，所述N是不小于1的整数；

所述数模转换器，用于接收矢量调制器发送的宽带矢量基带信号，进行并串转换及数模转换后输出。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述矢量调制器进一步包括：数字本振单元、乘法器、加法器：

所述数字本振单元，用于同时产生N个不同频率的载波信号，送入乘法单元；

所述乘法单元，用于将所述零中频宽带矢量数字信号的I路和Q路数据分别同时与所述N个不同频率的载波信号相乘，得到N组分路宽带矢量基带信号，发送至加法单元；

所述加法单元，用于将所述N组分路宽带矢量基带信号分别进行相加，得到宽带矢量基带信号并输出。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述存储器使用DDR3芯片组。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调制信号调度器是FPGA。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述FPGA采用28nm逻辑工艺。

6.一种捷变型宽带矢量基带信号发生方法，用于权利要求1～5任意一项所述的装置，其特征在于，包括以下步骤：

读取零中频宽带矢量数字信号；

以N个不同的频率为中心频率对所述零中频宽带矢量数字信号同时进行调制，得到宽带矢量基带信号，所述N是不小于1的整数；

对所述宽带矢量基带信号并串转换后进行数模转换。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述以N个频率为中心频率对所述零中频宽带矢量数字信号并行进行调制，得到宽带矢量基带信号进一步包括：

同时生成N个载波信号，所述N个载波信号对应N个不同的频率；

将所述N个载波信号分别同时与所述零中频宽带矢量数字信号的I路和Q路数据相乘，得到N组分路宽带矢量基带信号；

分别将所述N组分路宽带矢量基带信号的I路和Q路调制数据相加，得到宽带矢量基带信号。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述同时生成N个载波信号进一步包括：对生成的载波信号进行相位补偿。