CN111147199A - 同时支持射频信号与1553b信号共缆传输和冗余切换的电路 - Google Patents

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袁博
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Abstract

本发明公开了一种同时支持射频信号与1553B信号共缆传输和冗余切换的电路。所公开的电路包括OFDM调制器、功分器、两个耦合器、单刀开关、余度处理单元、OFDM解调器和1553B信号解调器。本发明的电路可将无线通信领域的OFDM载波调制技术应用到标准1553B总线系统上提高系统性能。本发明电路不仅能够满足高速率传输服务要求，而且可以与传统1553B总线基础网络线路做到完全兼容，无需更改已有网络基础设置，无论是对原有系统升级还是新设计网络拓扑都提供了更加便捷的实施手段。

Description

同时支持射频信号与1553B信号共缆传输和冗余切换的电路
技术领域
本发明涉及通信领域，具体涉及一种高速1553总线终端设备和1553B总线同时通信场景下支持射频信号与1553B信号共缆传输的技术，尤其是实现了1553B信号与射频信号共缆传输和冗余切换的电路。
背景技术
有线载波OFDM调制解调通信方式，是扩展有线传输能力的一种重要方式，常见于电力、广播电视领域。比如在电力载波通信，线缆在提供供电的同时支持通信扩展能力。在广电领域的同轴线缆中作为多网融合的手段也采用了载波OFDM技术。载波OFDM技术被看作是为传统有线传输增加额外带宽容量的众多选择之一。与其他竞争技术(如以太网和光纤通道)相比，无需重新架设线缆和设备，良好的兼容性，使得这种方式可节省网络改造成本和时间。
1553B总线系统(数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线)由数据总线、终端或子系统终端接口组成；通过分时传输(TDM)方式，实现系统中任意两个终端间相互交换信息；终端是数据总线和子系统的接口电子组件，从功能上说它可以是总线控制器(BC)、远程终端(RT)或总线监控器(BM)。
1553B总线系统通常用于硬实时通信，其中预期消息以确定性方式通过总线传送，具有已知等待时间并且消息未被成功解码的可能性非常低。对于这样的关键通信，MIL-STD-1553标准规定了主数据总线(总线A)和至少一个冗余总线(总线B，一般默认)提供通信路径冗余，对于双冗余总线应用，1553B标准要求1553接收器终端能够同时监听和解码主总线和冗余总线上的命令。
在1553B控制网络中，采用多载波OFDM旨在使用现有的有线通信基础设施(包括总线和接线电缆，耦合器和终端电阻)提供更高的吞吐量。
如图1所示，双冗余总线上连接有多个1553B总线终端设备，改进后的1553B总线系统还连接有多个高速1553B总线终端设备，进一步，为了兼容1553B总线原有物理链路的耦合器、线缆以及连接器等，在采用载波OFDM通信技术的基础上，需要将射频信号和原有1553B信号进行耦合，同时保证两种信号共缆传输，互不影响，同时接收接收夹杂有1553B信号的射频信号，以对进行分类提取，用于分析两者之间的干扰关系，方便后期进行干扰抵消处理。
发明内容
针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的是提供一种同时支持射频信号与1553B信号共缆传输和冗余切换的电路。
为此，本发明所提供的同时支持射频信号与1553B信号共缆传输和冗余切换的电路包括OFDM调制器、功分器、两个耦合器、单刀开关、余度处理单元、OFDM解调器和1553B信号解调器；
所述OFDM调制器输出的基带信号经射频链路处理产生射频信号；
所述射频信号通过功分器分为两路信号，该两路信号分别通过两个耦合器耦合到两路互为冗余的1553B总线上；
所述余度处理单元用于监测两路1553B总线的工作情况，选择可靠性高的总线，控制单刀开关开合方向使得可靠性高的总线信号经相应耦合器、单刀开关传输给OFDM解调器与1553B信号调节器；
所述OFDM解调器用于解调接收到的总线信号中的OFDM信号；
所述1553B信号解调器用于解调接收到的总线信号中的1553B信号。
可选的，所述余度处理单元监测策略为：周期性监测两路1553B总线的工作情况；在每个周期，余度处理单元监测两路1553B总线的工作情况，选择其中可靠性高的总线接收其上的1553B信号；如某个周期内1553B总线发生故障，余度处理单元重新监测两路1553B总线的工作情况，选择其中可靠性高的总线接受其上的1553B信号。
可选的，所述余度处理单元根据各总线的SNR(信噪比)、误码率或带宽选择可靠性高的总线。
优选的，所述耦合器为传输线型耦合器。
具体可选的，所述余度处理单元是在FPGA器件内部采用硬件描述语言描述的逻辑功能。
可选的，所述射频链路由DAC(Digital-Analog Converter，数模转换器)、LNA(LowNoise Amplifier，低噪声放大器)、PA(Power Amplifier，功率放大器)串联而成。
同时本发明提供了一种高速1553B总线终端。所提供的高速1553B总线终端中安装有上述的电路。
进一步，本发明还提供了一种1553B总线。所提供的1553B总线上连接有上述的高速1553B总线终端。
本发明的电路可将无线通信领域的OFDM(正交频分复用)载波调制技术应用到标准1553B总线系统上提高系统性能。本发明电路不仅能够满足高速率传输服务要求，而且可以与传统1553B总线基础网络线路做到完全兼容，无需更改已有网络基础设置，无论是对原有系统升级还是新设计网络拓扑都提供了更加便捷的实施手段。
并且，两种不同制式的通信方式在物理线路上呈现出相互“叠加”，在各自通信方式下不会出现协议冲突问题。
鉴于高速1553类似于1553B总线都是半双工通信，可以共用发射时的耦合变压器，仅在信号余度选择时通过单刀双掷开关予以信号选择接收。这样最大化节省了接口电路的复杂程度，提高了可靠性。
附图说明
图1为高速1553总线控制器与1553B总线系统双冗余总线拓扑示意图；
图2为本发明电路的示意图；图中TX表示发射或发送，RX表示接收，A+、A-表示总线A的差分对，B+、B-表示总线B的差分对，SPDT表示单刀开关；
图3为高速1553总线控制器与1553B总线的双余度连接关系示意图,实线表示发送时两条总线均工作，“虚线+实线”表示接收时其中一条总线工作，即接收端只接收其中一条总线的总线信息。
具体实施方式
除非另有说明，本发明的技术术语按照本领域的常规认识理解。
以下是关于本发明的具体实施例，以对本发明的内容做解释说明。
实施例1：
参考图2所示，该实施例的电路包括OFDM调制器、功分器、两个传输线型耦合器、单刀开关、余度处理单元、OFDM解调器和1553B信号解调器；
OFDM调制器输出的基带信号经射频链路处理产生射频信号，该射频信号通过功分器分为两路信号，该两路信号分别通过两个耦合器耦合到两路互为冗余的1553B总线上；其中，各耦合器连接到总线的差分总线上，射频链路由DAC、LNA、PA串联而成；
余度处理单元用于监测两路1553B总线的工作情况，选择可靠性高的总线，控制单刀开关开合方向使得可靠性高的总线信号经相应耦合器、单刀开关传输给OFDM解调器与1553B信号调节器；单刀开关初始开合方向人为选定；余度处理单元周期性监测两路1553B总线的工作情况；在每个周期，余度处理单元监测两路1553B总线的工作情况，选择其中可靠性高的总线接收其上的总线信号，即在每个周期选定一条总线，进入下一周期时重新选型，选择的依据是根据各总线的SNR(信噪比)、误码率或带宽高低进行选择，各参数的具体阈值可根据总线性能确定；如某个周期内1553B总线系统发生故障(例如,总线系统接收端接收不到信号，或其中一总线不能通信)，余度处理单元重新监测两路1553B总线的工作情况，选择其中可靠性高的总线接受其上的总线信号；在硬件上，余度处理单元是在FPGA器件内部采用硬件描述语言描述的逻辑功能；之后，OFDM解调器用于解调接收到的总线信号中的OFDM信号(该OFDM信号可以直接是经过硬件混频器实施频谱搬移后的基带信号，也可以是对原始信号进行ADC直接采样，数字化后在FPGA内部实施数字频谱搬移后的基带信号)；1553B信号解调器用于解调接收到的总线信号中的1553B信号。
从原理上讲，参考图3所示，上述电路将发送信号TX通过功分器一分为二，并将信号分别通过独立的耦合器耦合到两路互为冗余的1553B差分双绞屏蔽线上，在接收端RX以单刀双掷开关进行选择性接收，具体由余度选择单元周期性地监视总线的性能进行选择，接收其中一路总线的信号。
实施例2：
参考图1和2所示，基于上述电路示例，具体的1553B总线系统中，总线A和总线B连接了标准1553B总线终端设备和包含本发明电路的高速1553B总线终端设备，当这些设备工作时，在总线A和总线B上会传输标准的1553B总线信号，即差分曼彻斯特编码信号。
通信过程中满足1553B相关标准要求，同时，发送终端(包含本发明电路的高速1553B总线终端BC)的TX发送射频信号，经过本发明电路处理，其中一总线上的总线信号经过耦合器转换成曼彻斯特编码信号在RX接收端(包含本发明电路的高速1553B总线终端RT)会被接收到，并记性解调处理，在这个过程中，射频信号总线信号传输的信息内容不发生改变。

Claims (8)

1.一种同时支持射频信号与1553B信号共缆传输和冗余切换的电路，其特征在于，所述电路包括OFDM调制器、功分器、两个耦合器、单刀开关、余度处理单元、OFDM解调器和1553B信号解调器；
所述OFDM调制器输出的基带信号经射频链路处理产生射频信号；
所述射频信号通过功分器分为两路信号，该两路信号分别通过两个耦合器耦合到两路互为冗余的1553B总线上；
所述余度处理单元用于监测两路1553B总线的工作情况，选择可靠性高的总线，控制单刀开关开合方向使得可靠性高的总线信号经相应耦合器、单刀开关传输给OFDM解调器与1553B信号调节器；
所述OFDM解调器用于解调接收到的总线信号中的OFDM信号；
所述1553B信号解调器用于解调接收到的总线信号中的1553B信号。
2.如权利要求1所述的同时支持射频信号与1553B信号共缆传输和冗余切换的电路，其特征在于，所述余度处理单元监测策略为：
周期性监测两路1553B总线的工作情况；
在每个周期，余度处理单元监测两路1553B总线的工作情况，选择其中可靠性高的总线接收其上的1553B信号；
如某个周期内1553B总线系统发生故障，余度处理单元重新监测两路1553B总线的工作情况，选择其中可靠性高的总线接受其上的1553B信号。
3.如权利要求2所述的同时支持射频信号与1553B信号共缆传输和冗余切换的电路，其特征在于，所述余度处理单元根据各总线的信噪比、误码率或带宽选择可靠性高的总线。
4.如权利要求1所述的同时支持射频信号与1553B信号共缆传输和冗余切换的电路，其特征在于，所述耦合器为传输线型耦合器。
5.如权利要求1所述的同时支持射频信号与1553B信号共缆传输和冗余切换的电路，其特征在于，所述余度处理单元是在FPGA器件内部采用硬件描述语言描述的逻辑功能。
6.如权利要求1所述的同时支持射频信号与1553B信号共缆传输和冗余切换的电路，其特征在于，所述射频链路由DAC、LNA、PA串联而成。
7.一种高速1553B总线终端，其特征在于，所述高速1553B总线终端中安装有权利要求1-6任一权利要求所述的电路。
8.一种1553B总线，其特征在于，该总线上连接有权利要求7所述的高速1553B总线终端。
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