CN114640902B - 一种多接口高速光纤传输装置及方法 - Google Patents

一种多接口高速光纤传输装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种多接口高速光纤传输装置及方法，包括数字信号处理模块、光模块、光纤线缆、数据处理服务器；数字信号处理模块用于完成对接收基带信号的数字波束形成和参数测量；信号处理模块的结果通过光模块和光纤线缆接入数据处理服务器，作进一步信号识别；光模块完成数字信号处理模块发送的电信号与光纤线缆中传输的光信号之间的电光转换，以及光纤线缆中传输的光信号与数据处理服务器接收的电信号之间的光电转换；本发明可在不改变后端数据处理服务器架构的前提下，扩展接收前端模块；同时可在不丢失数据的前提下，将多路通道输出合并成一路发送，减小系统冗余度，提高硬件资源利用率，有效降低硬件成本和系统单元设计复杂度。

Description

一种多接口高速光纤传输装置及方法
技术领域
本发明涉及数字信号处理技术领域，具体涉及一种多接口高速光纤传输装置及方法。
背景技术
现代电子侦察系统能够对敌方军事设施、陆海空无线电设备等进行全天候监测，为我方提供情报信息。侦察设备应用场景多、频段覆盖范围广，其平台的种类日益多样，接入数据通道数不断增加。侦察系统中由于信号处理前端需要对多种体制、多种模式、不同频段的多波束数据进行检测，所以其输出的检测结果由多路数据组成。如果将每路检测结果分别通过一路线缆接入后端数据处理设备，将使得系统连接复杂，造成大量硬件资源消耗，另一方面，一旦多条一对一数据链路形成，就很难扩充通道数，不利于设备兼容与通用。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种多接口高速光纤传输装置，包括数字信号处理模块、光模块、光纤线缆、数据处理服务器；所述数字信号处理模块用于完成对接收基带信号的数字波束形成和参数测量；所述信号处理模块的结果通过所述光模块和所述光纤线缆接入所述数据处理服务器，作进一步信号识别；所述光模块完成所述信数字信号处理模块发送的电信号和所述光纤线缆中传输的光信号之间的电光转换，以及所述光纤线缆中传输的光信号和所述数据处理服务接收的电信号之间的光电转换。
较佳的，一种多接口高速光纤传输方法，采用所述多接口高速光纤传输装置，包括步骤：
S1，对应型号设备的各个体制各频点数据数字多波束形成；
S2，根据设备型号判断选择传输输入的波束数；
S3，对输入的多波束信号进行脉冲检测和参数测量；
S4，将同一体制同一模式相同频点的n个波束数据，通过n路光纤接口接入，经多路选择和FIFO缓存后，组合成一路输出；
S5，将每种体制的j个频点数据组合成一路，j路数据合成一路，以电信号的形式传输给所述光模块，最终将M种体制下M*j*n路数据组合成M路输出；
S6，电信号通过光模块转换成光信号，通过所述光纤线缆传输给所述数据处理服务器；
S7，所述数据处理服务器中光纤接收卡上的光模块对光信号进行接收，并作光电转换，所述数据处理服务器对转换后的电信号，进行数据解析、识别、处理。
较佳的，所述步骤S4中，
S41，整包串转并模块将输入的脉冲检测数据包转换成由1个时钟驱动的多比特大位宽数据，并生成对应的数据有效标记；所述脉冲检测数据包括多种体制多种模式多个频点的多路不同波束数据，各所述波束数据中包含有k个数据；
S42，各数据通道FIFO缓存模块将单个体制单个模式单个频点的每一路波束数据分别缓存到各自对应的FIFO中；同一体制同一模式相同频点的n个波束数据对应缓存到n个FIFO中，各自波束串转并输出的大位宽数据作为FIFO的输入数据，相应的数据有效标记作为数据写使能；
S43，所述各数据通道第一级缓存模块中n个FIFO的读使能信号由数据选择模块轮循控制产生，该读使能信号位宽为n，其中每1bit位分别作为所述n个缓存FIFO模块的读使能。
较佳的，所述步骤S43中，所述数据选择模块轮循产生n个缓存FIFO模块的读使能，包括步骤：
首先为每一包数据提供传输时间，以num为周期循环计数生成包内数据计数；接着，根据通道时分复用的思想，进行波束通道数循环计数，n个波束通道则以n为周期循环计数，每个计数值保持num个时钟周期；
在所述通道选择模块的每个光纤通道对应的计数值中，分别产生每个FIFO的读使能，从而依次轮循读出所述各个FIFO缓存的数据；
在所述通道选择模块的每个光纤通道对应的计数值中，再分别将对应光纤通道中所述第一级FIFO输出的数据及其有效标记取出，作为第二级FIFO的输入，FIFO深度根据具体数据量调整；所述第二级FIFO通过读写控制信号完成多路数据输入，单路数据输出功能；
所述第二级FIFO读时钟域，生成循环L个固定值计数，为FIFO输出数据提供时间，L取值的最小值为数据包延时时钟周期与包内数据个数之和，在每个L循环计数周期的起始位置利用第二级FIFO的空标志产生第二级FIFO的读使能信号；若数据采样时钟为fs，数据通道数为N，则遍历一次所有通道需要的时间为L*fs*N，设计时可根据有效脉冲的时间间隔，调整完成一次组合时L和N的值，最后输出多路合一之后的数据及其有效标记，此时输出数据位宽为每包k个数据合并成的大位宽。
较佳的，针对同一体制同一模式下的多个频点多波束数据：
第一步，实现单个频点多路光纤数据组合成一路数据输出，即j个频点的(j*nj)路波束数据组合输出j路数据；
第二步，实现同一体制，j个频点的j路数据组合成一路输出；
最终实现，对于每种体制信号，输入(j*nj)路数据，输出1路数据。
较佳的，在步骤S5中，所述大位宽数据需要将其按照光纤传输数据格式，并转串为数据位宽为32bit的数据包。
较佳的，在步骤S5中，若多路合一转发数据模块的下一级为服务器，由于服务器工作机制不适于频繁响应收包，故发送时将W个小包拼成大包，按照与服务器传输定义的协议添加上字头、字尾后发送。
较佳的，在步骤S5中，在数据输入所述光模块之前，通过FIFO将待发送数据，由原始数据时钟域转至光纤发送时钟域，再通过光纤模块发送。
较佳的，所述步骤S6将所述步骤S5准备好的数据通过所述光模块，经所述光纤传输至所述数据处理服务器。
较佳的，所述步骤S7中，数据处理服务器通过其机箱中的光纤接收卡接收光纤数据，再通过接入的系统同源时钟将接收数据从光纤接收时钟域转至原始数据时钟域，然后做数据解析、解码、识别处理。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明可在不改变后端数据处理服务器架构的前提下，扩展接收前端模块；同时可在不丢失数据的前提下，将多路输出合并成1路发送，减小系统冗余度，提高硬件资源利用率，有效降低硬件线缆成本和系统线缆连接复杂度。
附图说明
图1为所述多接口高速光纤传输方法的流程示意图；
图2为所述多接口高速光纤传输装置的连接示意图；
图3为所述单个体制信号传输的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
如图2所示，图2为所述多接口高速光纤传输装置的连接示意图；本发明所述多接口高速光纤传输装置，包括：数字信号处理模块、光模块、光纤线缆、数据处理服务器。
所述数字信号处理模块用于完成对接收基带信号的数字波束形成和参数测量；
所述信号处理模块的结果通过所述光模块和所述光纤线缆接入所述数据处理服务器，作进一步信号识别；所述光模块完成所述信数字信号处理模块发送的电信号和所述光纤线缆中传输的光信号之间的电光转换，以及所述光纤线缆中传输的光信号和所述数据处理服务接收的电信号之间的光电转换。
所述数字信号处理模块内部各功能模块每路数据一一对应，处理同一体制数据的信号处理模块连接一路光纤至数据处理服务器。
如图1所示，图1为所述多接口高速光纤传输方法的流程示意图；本发明所述多接口高速光纤传输方法，包括步骤：
S1，具体特定型号设备的各个体制各频点数据数字多波束形成；
S2，根据设备型号判断选择传输输入的波束数；
S3，对输入的多波束信号进行脉冲检测和参数测量；
S4，将同一体制同一模式相同频点的n个波束数据，通过n路光纤接口接入，经多路选择和FIFO缓存后，组合成一路输出；
其中，n为同一体制同一模式相同频点所包括的波束数据数量，不同频点的波束数会有所不同，为便于指代，将同一体制同一模式相同频点均表述为n个波束数据，而实际则是同一体制同一模式第一个频点包括n1个波束数据，同一体制同一模式第二个频点包括n2个波束数据等这种类似表述，第j个频点则包括nj个波束数据。
S5，将每种体制的j个频点数据组合成一路，j路数据合成一路，以电信号的形式传输给所述光模块，最终将M种体制下M*j*n路数据组合成M路输出；
S6，电信号通过光模块转换成光信号，通过所述光纤线缆传输给所述数据处理服务器；
S7，所述数据处理服务器中光纤接收卡上的光模块对光信号进行接收，并作光电转换，所述数据处理服务器对转换后的电信号，进行数据解析、识别、处理。
所述步骤S1中，每种体制每种模式每个频点波束形成设计时，根据功能指标有其对应的波束数，通常波束形成输出到信号检测模块数据通道是一一对应的，每种体制每种模式每个频点的传输通道数与波束数一致。
所述步骤S2中，设备型号由背板特定引脚接地与否进行控制，根据型号判断应接入的波束数，从而接入相应通道的波束形成数据。
所述步骤S3中，每种体制每种模式每个频点参数测量输出的数据路数与波束数一致，即与传输通道数一致。
所述步骤S4实现相同体制相同模式单个频点的多波束数据组合，其具体信号传输流程如图3所示，图3为所述单个体制信号传输的流程示意图。
所述步骤S4包括，
S41，针对输入的相同体制相同模式单个频点的多路不同波束数据，将每一个包含有k个数据的脉冲检测数据包，通过整包串转并模块，转换成由1个时钟驱动的多比特大位宽数据，并生成对应的数据有效标记；
S42，将单个体制单个模式单个频点的每一路波束数据分别缓存到各自对应的FIFO中，这里假设有n个波束，则对应缓存到n个FIFO中。各自波束串转并输出的大位宽数据作为FIFO的输入数据，相应的数据有效标记作为数据写使能；
S43，第一级缓存中n个FIFO的读使能信号由多路数据选择模块轮循产生，该读使能信号的数据位宽为n，其每1bit位分别作为所述步骤S42中n个FIFO的读使能。
具体地，所述步骤S43中的处理步骤如下：
S431，首先为每一包数据提供传输时间，具体做法是以num为周期循环计数；
S432，根据时分复用的思想，进行波束通道数循环计数，即若有n个波束通道，则以n为周期循环计数，每个计数值保持num个时钟周期；
S431，通道选择模块在每个光纤通道对应的计数值状态下，分别产生每个FIFO的读使能，从而依次轮循读出所述步骤S42中各个FIFO缓存的数据；
S434，通道选择模块在每个光纤通道对应的计数值状态下，分别将对应光纤通道所述步骤S42内FIFO中输出的数据及其有效标记取出，作为第二级FIFO的输入，FIFO深度根据具体数据量调整；
S435，本级FIFO读数据时，循环计数L个数据，为FIFO输出数据提供时间，L取值的最小值为数据包延时时钟周期与包内数据个数之和，在每个L循环技计数周期的起始位置利用第二级FIFO的空标志，产生第二级FIFO的读使能信号。若数据采样时钟为fs，数据通道数为N，则遍历一次所有通道需要的时间为L*fs*N，设计时可根据有效脉冲的时间间隔，调整完成一次组合时L和N的值，最后输出多路合一之后的数据及其有效标记，此时输出数据位宽为每包k个数据合并成的大位宽；
S436，同一体制同一模式下的每一个频点按照所述步骤S4、S41～S43、S431～S435实现单个频点多路光纤数据组合输出一路数据，即j个频点的(j*nj)路波束数据组合输出j路数据。
所述步骤S5包括，M个体制的j个频点数据组合，具体步骤与所述步骤S4方法一致，其中每个体制的输入为j路；输出为1路，即组合后的1路数据，最终本模块输出M路数据。即，将每个体制的j个频点*nj路波束组合成一路输出。
所述步骤S5还包括以下两个处理：
S51，将大位宽数据并转串为32bit数据，按照光纤传输数据格式做数据准备；
S52，若多路合一转发数据的下一级为服务器，由于服务器工作机制不适于频繁响应收包，故发送时将W个小包拼成大包，按照与服务器传输定义的协议添加上字头、字尾后发送；
S53，通过FIFO将准备好的数据，由原始数据时钟域转至光纤发送时钟域，通过光纤模块发送。
所述步骤S6将所述步骤S5准备好的数据通过所述光模块，经所述光纤传输至所述数据处理服务器。
所述步骤S7中，数据处理服务器通过其机箱中的光纤接收卡接收光纤数据，再通过接入的系统同源时钟将接收数据从光纤接收时钟域转至原始数据时钟域，然后做数据解析、解码、识别处理。
本发明针对电子侦察系统多接口大数据量输入，多根电缆传输导致系统复杂，资源冗余，通用性较差的特点，设计提供了一种多接口光纤传输装置和方法。通过该装置或方法，一方面，可在不改变后端数据处理服务器架构的前提下，扩展接收前端模块；另一方面，可在不丢失数据的前提下，将多路输出合并成1路发送，减小系统冗余度，提高硬件资源利用率，有效降低硬件线缆成本和系统线缆连接复杂度。
实施例一
以涵盖M个体制、每个体制包含J个频点的某电子侦查识别系统为例，阵列天线接收的信号包含M种体制且每种体制包含J个频点。根据侦察距离及覆盖范围指标，每个频点的信号具有N路波束。
(1)对接收前端输出每个频点的数字化后的基带信号作数字多波束形成，每个频点生成N路波束，由此本实施例系统中共产生M*J*N路波束。具体地，依据系统指标，不同频点的波束数会有所不同，这里为便于描述，不同频点的波束数统一表示为N。
(2)对M*J*N路波束数据分别作信号检测和参数测量，准备送给后端数据处理设备作进一步识别。若每路检测结果单独传输至后端设备，则需要M*J*N根光纤，从而光纤线缆需求数量较多。本实施例采用多路组合方案，以精简光纤线缆数量，同时简化设备的光纤连接链路。
(3)将同一体制相同频点的N个波束数据，通过N路光纤接口接入，经多路选择和FIFO缓存后，组合成一路输出，此时输入的M*J*N路数据，组合成M*J路输出。其实现流程如图3所示，具体的实现步骤为如下：
首先，针对输入为同一体制相同频点的多路波束数据，将每一个包含有k个数据的脉冲检测数据包，通过整包数据串转并模块，转换成由1个时钟驱动的多比特大位宽数据，并生成对应的数据有效标记；
其次，将相同体制单个频点的每一路波束数据分别缓存到各自对应的FIFO中，本实施例中单个频点信号具有N个波束，则需对应缓存到N个FIFO中。各自波束串转并输出的大位宽数据作为FIFO的输入数据，相应的数据有效标记作为数据写使能；
接着，由多路数据选择模块轮循产生数据位宽为Nbit的读使能信号，该读使能信号的每1bit位分别作为N个FIFO缓存模块的读使能。
最后，由第二级FIFO将第一级缓存中N个FIFO轮循输出的数据，缓存合并成1路的输出，第二级FIFO读数据时，循环计数L个数据，在每L个数据的起始位置产生本级FIFO的读使能信号。若数据采样时钟为fs，数据通道数为N，则遍历一次所有通道需要的时间为L*fs*N，设计时可根据有效脉冲的时间间隔，调整完成一次组合时L和N的值。
此时，实现了J个频点下(J*N)路波束数据组合成J路数据输出，数据传输通道数减少为原来的1/N。
(4)将每种体制J个频点数据组合成一路，即J路数据合成1路，完成了M种体制(M*J*N)路数据转换成M路数据输出，总的传输通道数为原始数据通道数的1/(J*N)，极大地减少了光纤链路的复杂度；
(5)多体制多频点组合后的数据按照光纤信号传输格式，通过第三级FIFO由原始数据时钟域转换至光纤发送时钟域，经光模块将表征数据的电信号转换成光信号，通过光纤传输给数据处理服务器；
(6)数据处理服务器中光纤接收卡上的光模块对光纤传输信号进行接收，并作光电转换，数据处理服务器对转换后的电信号，进行数据解析、识别、处理。
实施例二
本实施例提供了一种多接口高速光纤传输装置，包括数字信号处理模块、光模块、光纤线缆、数据处理服务器，其系统装置示意图如图2所示。
以涵盖单个体制即M值为1、J个频点的电子侦察系统为例作说明，该系统的阵列天线接收的信号包含1种体制且该体制包含J个频点。根据侦察距离及覆盖范围指标，每个频点的信号具有N路波束。
(1)阵列天线接收外界信号，经接收前端做变频及数字化处理后，输出多路基带数字信号至数字信号处理模块。
(2)数字信号处理模块对输入的阵元信号做数字波束形成、信号检测及参数测量，每个频点生成的波束数记为N，则本实施例装置共产生J*N路波束，此时输出准备送给后端数据处理设备的数据共J*N路。
(3)将该体制相同频点的N个波束数据，通过N路光纤接口接入，经多路选择和FIFO缓存后，组合成一路输出，由此J*N路数据，组合成J路输出。再将单个体制J个频点数据组合成一路，即J路数据合成一路，以电信号的形式传输给光模块，数据传输流程如图3所示；
(5)电信号经光模块转换成光信号，通过光纤传输给数据处理服务器；
(6)数据处理服务器中光纤接收卡上的光模块对光纤传输信号进行接收，并作光电转换，数据处理服务器对转换后的电信号，进行数据解析、识别、处理。
作为其他实施方式，本实施例的多接口高速光纤传输装置还可以包含天线或阵列天线、射频接收前端、显示控制器。阵列天线用于接收外界信号，射频接收前端用于将天线接收的射频信号下变频至中频或基带信号以及完成模拟信号的数字化，显示控制器用于向系统各模块下发控制参数以及对信号处理识别结果进行展示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种多接口高速光纤传输方法，其特征在于，包括步骤：
S1，对应型号设备的各个体制各频点数据数字多波束形成；
S2，根据设备型号判断选择传输输入的波束数；
S3，对输入的多波束信号进行脉冲检测和参数测量；
S4，将同一体制同一模式相同频点的n个波束通道数据，通过n路光纤接口接入，经多路选择和FIFO缓存后，组合成一路输出；
S5，将每种体制的j个频点数据组合成一路，j路数据合成一路，以电信号的形式传输给光模块，最终将M种体制下M*j*n路数据组合成M路输出；
S6，电信号通过光模块转换成光信号，通过光纤线缆传输给数据处理服务器；
S7，所述数据处理服务器中光纤接收卡上的光模块对光信号进行接收，并作光电转换，所述数据处理服务器对转换后的电信号，进行数据解析、识别、处理；
所述步骤S4中，
S41，整包数据串转并模块将输入的脉冲检测数据包转换成由1个时钟驱动的多比特大位宽数据，并生成对应的数据有效标记；所述脉冲检测数据包括多种体制多种模式多个频点的多路不同波束数据，各所述波束数据中包含有k个数据；
S42，各数据通道FIFO缓存模块将单个体制单个模式单个频点的每一路波束数据分别缓存到各自对应的FIFO中；同一体制同一模式相同频点的n个波束数据对应缓存到n个FIFO中，各自波束通道串转并输出的大位宽数据作为FIFO的输入数据，相应的数据有效标记作为数据写使能；
S43，所述各数据通道第一级缓存模块中n个FIFO的读使能信号由数据选择模块轮循控制产生，该读使能信号位宽为n，其中每1bit位分别作为所述n个FIFO缓存模块的读使能；
所述步骤S43中，所述数据选择模块轮循产生n个FIFO缓存模块的读使能，包括步骤：
首先为每一包数据提供传输时间，以num为周期循环计数生成包内数据计数；接着，根据通道时分复用的思想，进行波束通道数循环计数，n个波束通道则以n为周期循环计数，每个计数值保持num个时钟周期；
在通道选择模块的每个光纤通道对应的计数值中，分别产生每个FIFO的读使能，从而依次轮循读出所述各个FIFO缓存的数据；
在所述通道选择模块的每个光纤通道对应的计数值中，再分别将对应光纤通道中第一级FIFO输出的数据及其有效标记取出，作为第二级FIFO的输入，FIFO深度根据具体数据量调整；所述第二级FIFO通过读写控制信号完成多路数据输入，单路数据输出功能；
所述第二级FIFO读时钟域，生成循环L个固定值计数，为FIFO输出数据提供时间，L取值的最小值为数据包延时时钟周期与包内数据个数之和，在每个L循环计数周期的起始位置利用第二级FIFO的空标志产生第二级FIFO的读使能信号；若数据采样时钟为fs，数据通道数为N，则遍历一次所有通道需要的时间为L*fs*N，设计时根据有效脉冲的时间间隔，调整完成一次组合时L和N的值，最后输出多路合一之后的数据及其有效标记，此时输出数据位宽为每包k个数据合并成的大位宽。
2.如权利要求1所述的多接口高速光纤传输方法，其特征在于，针对同一体制同一模式下的多个频点多波束数据：
第一步，实现单个频点多路光纤数据组合成一路数据输出，即j个频点的（j*n）路波束数据组合输出j路数据；
第二步，实现同一体制，j个频点的j路数据组合成一路输出；
最终实现，对于每种体制信号，输入（j*n）路数据，输出1路数据。
3.如权利要求2所述的多接口高速光纤传输方法，其特征在于，在步骤S5中，所述大位宽数据需要将其按照光纤传输数据格式，并转串为数据位宽为32bit的数据包。
4.如权利要求2所述的多接口高速光纤传输方法，其特征在于，在步骤S5中，若多路合一转发数据模块的下一级为服务器，由于服务器工作机制不适于频繁响应收包，故发送时将W个小包拼成大包，按照与服务器传输定义的协议添加上字头、字尾后发送。
5.如权利要求3或4所述的多接口高速光纤传输方法，其特征在于，在步骤S5中，在数据输入所述光模块之前，通过FIFO将待发送数据，由原始数据时钟域转至光纤发送时钟域，再通过光纤模块发送。
6.如权利要求5所述的多接口高速光纤传输方法，其特征在于，所述步骤S6将所述步骤S5准备好的数据通过所述光模块，经所述光纤传输至所述数据处理服务器。
7.如权利要求6所述的多接口高速光纤传输方法，其特征在于，所述步骤S7中，数据处理服务器通过其机箱中的光纤接收卡接收光纤数据，再通过接入的系统同源时钟将接收数据从光纤接收时钟域转至原始数据时钟域，然后做数据解析、解码、识别处理。
8.如权利要求6所述的多接口高速光纤传输方法，其特征在于，使用该方法进行多接口高速光纤传输的装置，包括数字信号处理模块、光模块、光纤线缆、数据处理服务器；所述数字信号处理模块用于完成对接收基带信号的数字波束形成和参数测量；所述信号处理模块的结果通过所述光模块和所述光纤线缆接入所述数据处理服务器，作进一步信号识别；所述光模块完成所述数字信号处理模块发送的电信号和所述光纤线缆中传输的光信号之间的电光转换，以及所述光纤线缆中传输的光信号和所述数据处理服务器接收的电信号之间的光电转换。
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