CN114710208A - 一种数字信号分发装置及相关组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字信号分发装置及相关组件，涉及通信技术领域，包括协议转换模块、第一光电转换模块、分光模块和N个第二光电转换模块。协议转换模块将A/D转换模块输出的物理信号的数字信号转换成预设协议的数字信号。第一光电转换模块将预设协议的数字信号转换成光信号后，分光模块将光信号分为N个光信号发送至对应的第二光电转换模块，第二光电转换模块将光信号转换为预设协议的数字信号后发送给对应的FGPA。由于将数字信号转换成光信号进行传输，与使用数字信号进行传输的速率相当，并且分光和光电转换相关元器件的成本低于将数字信号直接复制为N路的元器件的成本，在保证传输速率的基础上达到了降低成本的目的。

Description

一种数字信号分发装置及相关组件

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种数字信号分发装置及无线射频信号的A/D采样数字信号分发装置。

背景技术

为了方便对无线射频信号进行数字信号处理，首先需要通过A/D转换模块对无线射频信号进行采样，得到数字化的A/D采样信号。在一些特定应用场景下，需要将A/D转换模块输出的A/D采样信号分发到多路FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)中，因此需要对A/D采样信号进行复制处理。若将A/D采样信号直接进行复制，在需要分发的FPGA数量很多时，将A/D采样信号直接复制为N路的成本非常高。

发明内容

本发明的目的是提供一种数字信号分发装置及无线射频信号的A/D采样数字信号分发装置，在保证传输速率的基础上达到了降低成本的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种数字信号分发装置，包括：

协议转换模块、第一光电转换模块、分光模块和N个第二光电转换模块，N为不小于2的整数；

所述协议转换模块用于将所述A/D转换模块输出的物理信号的数字采样信号转换成预设协议的数字信号；

所述第一光电转换模块用于将所述预设协议的数字信号转换成光信号；

所述分光模块用于将所述光信号分为N个光信号后分别发给N个所述第二光电转换模块；

所述第二光电转换模块用于将所述光信号转换为所述预设协议的数字信号并将所述预设协议的数字信号发送给与所述第二光电转换模块一一对应连接的FPGA。

优选的，所述协议转换模块为FPGA；

所述预设协议为Aurora协议。

优选的，所述预设协议为Fiber Channel协议。

优选的，所述第一光电转换模块和所述第二光电转换模块均为QSFP光模块。

优选的，所述分光模块包括：

光放大器和第一分光器；

所述光放大器用于将所述第一光电转换模块输出的光信号进行放大；

所述第一分光器用于将放大后的光信号分为N个光信号。

优选的，所述光放大器为半导体光放大器。

优选的，所述分光模块包括：

第二分光器、M个光放大器和M个第三分光器，所述第二分光器的输出端为M个，M个所述第三分光器的输出端共有N个，2≤M＜N，且M为整数；

所述第二分光器用于将所述光信号分为M个光信号并分别发送给M个所述光放大器；

所述光放大器用于将光信号进行放大并发送给与所述光放大器一一对应的第三分光器；

M个所述第三分光器用于将M个所述光信号分为N个光信号并分别发送给N个所述第二光电转换模块。

优选的，在N为128时，M为8时，所述第二分光器为一分八分光器，所述第三分光器为一分十六分光器；

所述一分八分光器用于将所述光信号分为8个光信号并分别发送给8个所述光放大器；

8个所述一分十六分光器用于将8个所述光信号分为128个光信号并分别发送给128个所述第二光电转换模块。

本发明还提供了一种无线射频信号的A/D采样数字信号分发装置无线射频信号的A/D采样数字信号分发装置，包括A/D转换模块、N个FPGA以及如上述的数字信号分发装置，所述数字信号分发装置分别与所述A/D转换模块及N个所述FPGA连接。

本发明提供了一种数字信号分发装置及无线射频信号的A/D采样数字信号分发装置，包括协议转换模块、第一光电转换模块、分光模块和N个第二光电转换模块，协议转换模块将A/D转换模块输出的物理信号的数字信号转换成第一光电转换模块能够识别的预设协议的数字信号。第一光电转换模块将预设协议的数字信号转换成光信号后，分光模块将光信号分为N个光信号发送至对应的第二光电转换模块，第二光电转换模块将光信号转换为预设协议的数字信号后发送给对应的FGPA。由于将数字信号转换成光信号进行传输，与使用数字信号进行传输的速率相当，并且分光和光电转换相关元器件的成本低于将数字信号直接复制为N路的元器件的成本，在保证传输速率的基础上达到了降低成本的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种数字信号分发装置的结构示意图；

图2为本发明提供的另一种数字信号分发装置的结构示意图；

图3为本发明提供的一种无线射频信号的A/D采样数字信号分发装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种数字信号分发装置及无线射频信号的A/D采样数字信号分发装置，在保证传输速率的基础上达到了降低成本的目的。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

具体请参照图1，图1为本发明提供的一种数字信号分发装置的结构示意图。

该数字信号分发装置，包括：

协议转换模块11、第一光电转换模块12、分光模块13和N个第二光电转换模块14，N为不小于2的整数；

协议转换模块11用于将A/D转换模块输出的物理信号的数字采样信号转换成预设协议的数字信号；

第一光电转换模块12用于将预设协议的数字信号转换成光信号；

分光模块13用于将光信号分为N个光信号后分别发给N个第二光电转换模块14；

第二光电转换模块14用于将光信号转换为预设协议的数字信号并将预设协议的数字信号发送给与第二光电转换模块14一一对应连接的FPGA。

在对A/D转换模块输出的数字信号进行复制处理后分发至多路FPGA时，若将数字信号直接复制为多路数字信号，在需要分发的FPGA数量很多时，所需的成本设备的成本很高。因此，在本实施例中，通过将A/D转换模块输出的数字信号转换为光信号后，将光信号分为多路光信号进行传输，再将光信号转换为数字信号，发送给FPGA处理。

具体的，A/D转换模块将采集到的物理信号的模拟信号转换为物理信号的数字信号后，考虑到第一光电转换模块12无法直接与A/D转换模块通信，在本实施例中，设置了协议转换模块11。协议转换模块11将A/D转换模块输出的物理信号的数字采样信号转换为预设协议的数字信号，以便第一光电转换模块12在接收到预设协议的数字信号后，将预设协议的数字信号转换为光信号。分光模块13接收到光信号后，将光信号分为N个光信号，分光模块13将N个光信号通过分光模块13的N个输出端分别发送至与分光模块13的N个输出端一一对应连接的第二光电转换模块14，N个第二光电转换模块14将各自接收到的光信号再转换为预设协议的数字信号发送给与N个第二光电转换模块14一一对应连接的N个FPGA进行处理。

此处的物理信号可以但不限于是射频信号。

另外，此处的预设协议可以是高速以太网，也可以是FPGA中的Aurora协议，本实施例在此不作特别的限定。A/D转换模块可以但不限于是A/D芯片。

综上，在本实施例中，通过将A/D转换模块输出的数字信号转换为光信号后分为N路进行传输。由于采用光信号传输与采用电信号传输的速率相当，但实现分光和光电转换的功能的相关元器件的成本比直接复制电信号为N路进行传输更低。因此，在保证了传输速率的基础上，实现了将A/D转换模块采集到的物理信号的数字采样信号分发至N路FPGA。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，协议转换模块11为FPGA；

预设协议为Aurora协议。

为了将A/D转换模块输出的数字信号低延时分发到N个FPGA，例如，在一些特定场景下，需要控制延时在500ns以内。在本实施例中，预设协议采用Aurora协议是FPGA中的一种开放、免费的链路层协议，可以用来进行点到点的串行数据传输，具有实现高性能数据传输系统的高效率和简单易用的特点。例如，在延时要求在500ns以内的场景，以太网的传输延时在1000ns左右，不能满足500ns以内的时延要求。常用的其它高速传输协议，例如PCIE(Peripheral Component Interconnect Express，高速串行计算机扩展总线标准)的延时也不能满足低时延要求。Aurora协议的时延在350ns左右，而光信号传输延时在100ns左右，总延时为450ns左右，能够满足500ns低延时的需求。

作为一种优选的实施例，预设协议为Fiber Channel协议。

在本实施例中，预设协议为Fiber Channel协议，可以同时连接的设备多，支持热插拔，高带宽，通用性强，连接距离远的优点。

作为一种优选的实施例，第一光电转换模块12和第二光电转换模块14均为QSFP(Quad Small Form-factor Pluggable，四通道SFP接口)光模块。

在本实施例中，第一光电转换模块12和第二光电转换模块14均为QSFP光模块，QSFP光模块的最大传输距离可达10km，具有高密度、低成本、高速率、大容量、低功耗等优点。

作为一种优选的实施例，分光模块13包括：

光放大器和第一分光器；

所述光放大器用于将所述第一光电转换模块12输出的光信号进行放大；

所述第一分光器用于将放大后的光信号分为N个光信号。

考虑到在需要发送至的FPGA较多时，将第一光电转换模块12输出的光信号直接分为N路后，每一路第二光电转换模块14接受到的光信号十分微弱，导致第二光电转换模块14无法无损的将光信号转换为预设协议的数字信号。甚至，由于第二光电转换模块14接收灵敏度的限制导致，无法对接收到的微弱光信号进行光电转换。因此，为了解决上述问题，在本实施例中，分光模块13包括光放大器和第一分光器，光放大器能够将第一光电转换模块12输出的光信号进行方法并发送给第一分光器，第一分光器接收到放大的光信号后将放大的光信号分为N个光信号并发送给与第一分光器的N个输出端一一对应连接的N个第二光电转换模块14。使得在需要发送的FPGA较多时，第二光电转换模块14能够正常接收到光信号并且降低将光信号转换为预设协议的数字信号的损耗。

作为一种优选的实施例，光放大器为半导体光放大器。

在本实施例中，光放大器为半导体光放大器。半导体光放大器具有结构简单、体积小，可充分利用现有的半导体激光器技术，制作工艺成熟，成本低、寿命长、功耗小，且便于与其他光器件进行集成等优点。

作为一种优选的实施例，分光模块13包括：

第二分光器、M个光放大器和M个第三分光器，第二分光器的输出端为M个，M个第三分光器的输出端共有N个，2≤M＜N，且M为整数；

第二分光器用于将光信号分为M个光信号并分别发送给M个光放大器；

光放大器用于将光信号进行放大并发送给与光放大器一一对应的第三分光器；

M个第三分光器用于将M个光信号分为N个光信号并分别发送给N个第二光电转换模块14。

在需要发送的FPGA的数量较多时，为了使分光模块13分光后输出的光信号满足第二光电转换模块14的接收灵敏度需求，需要对第一光电模块输出的光信号进行放大，考虑到光放大器的最大输出功率的限制，在需要发送的FPGA数量上百时，即使第一光电转换模块12输出的光信号经过了光放大器的放大，在将放大后的光信号分光后，得到的每一路光信号功率仍然十分微弱，不能满足第二光电转换模块14的接收灵敏度。为了解决上述问题，在本实施例中，设置了第二分光器、M个光放大器和M个第三分光器的两级分光，一级放大的结构。

具体的，第二分光器接收到第一光电转换模块12发送的光信号后，将光信号分为M个光信号，并将M个光信号分别发送给与第二分光器的M个输出端一一对应连接的M个光放大器，完成了第一次分光。M个光放大器将M个光信号进行放大并发送给与M个光放大器一一对应连接的M个第三分光器，完成了对M个光信号的放大。M个第三分光器将M个光信号分为N个光信号并分别发送给与M个第三分光器的N个输出端一一对应连接的N个第二光电转换模块14，完成了第二次分光。假设单个光放大器的最大输出功率为P，若仅设置一个光放大器，不考虑传输损耗的情况下，每一个第二光电转换模块14接收到光信号功率为P/N，而在本申请中，由于设置了M个光放大器，M个光放大器的总输出功率为M*P，每一个第二光电转换模块14接收到光信号功率为M*P/N，更容易满足了第二光电转换模块14的接收灵敏度的要求。

综上，在本实施例中，通过第二分光器、M个光放大器和M个第三分光器的两级分光，一级放大的结构，使得在需要分发的FPGA的数量达上百个时，第二光电转换模块14仍能正常接收到光信号，并且无损的将光信号还原为预设协议的数字信号。

具体请参照图2，图2为本发明提供的另一种数字信号分发装置的结构示意图。

作为一种优选的实施例，在N为128时，M为8时，第二分光器为一分八分光器，第三分光器为一分十六分光器；

一分八分光器用于将光信号分为8个光信号并分别发送给8个光放大器；

8个一分十六分光器用于将8个光信号分为128个光信号并分别发送给128个第二光电转换模块14。

具体请参照图3，图3为本发明提供的一种无线射频信号的A/D采样数字信号分发装置的结构示意图。

本发明还提供了一种无线射频信号的A/D采样数字信号分发装置，包括A/D转换模块2、N个FPGA3以及如上述的数字信号分发装置1，数字信号分发装置1分别与A/D转换模块2及N个FPGA3连接。

关于该无线射频信号的A/D采样数字信号分发装置的相关介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物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、物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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种数字信号分发装置，其特征在于，包括：

协议转换模块、第一光电转换模块、分光模块和N个第二光电转换模块，N为不小于2的整数；

所述协议转换模块用于将所述A/D转换模块输出的物理信号的数字采样信号转换成预设协议的数字信号；

所述第一光电转换模块用于将所述预设协议的数字信号转换成光信号；

所述分光模块用于将所述光信号分为N个光信号后分别发给N个所述第二光电转换模块；

所述第二光电转换模块用于将所述光信号转换为所述预设协议的数字信号并将所述预设协议的数字信号发送给与所述第二光电转换模块一一对应连接的FPGA。

2.如权利要求1所述的数字信号分发装置，其特征在于，所述协议转换模块为FPGA；

所述预设协议为Aurora协议。

3.如权利要求1所述的数字信号分发装置，其特征在于，所述预设协议为FiberChannel协议。

4.如权利要求1所述的数字信号分发装置，其特征在于，所述第一光电转换模块和所述第二光电转换模块均为QSFP光模块。

5.如权利要求1至4任一项所述的数字信号分发装置，其特征在于，所述分光模块包括：

光放大器和第一分光器；

所述光放大器用于将所述第一光电转换模块输出的光信号进行放大；

所述第一分光器用于将放大后的光信号分为N个光信号。

6.如权利要求5所述的数字信号分发装置，其特征在于，所述光放大器为半导体光放大器。

7.如权利要求1至4任一项所述的数字信号分发装置，其特征在于，所述分光模块包括：

第二分光器、M个光放大器和M个第三分光器，所述第二分光器的输出端为M个，M个所述第三分光器的输出端共有N个，2≤M＜N，且M为整数；

所述第二分光器用于将所述光信号分为M个光信号并分别发送给M个所述光放大器；

所述光放大器用于将光信号进行放大并发送给与所述光放大器一一对应的第三分光器；

M个所述第三分光器用于将M个所述光信号分为N个光信号并分别发送给N个所述第二光电转换模块。

8.如权利要求7所述的数字信号分发装置，其特征在于，在N为128时，M为8时，所述第二分光器为一分八分光器，所述第三分光器为一分十六分光器；

所述一分八分光器用于将所述光信号分为8个光信号并分别发送给8个所述光放大器；

8个所述一分十六分光器用于将8个所述光信号分为128个光信号并分别发送给128个所述第二光电转换模块。

9.一种无线射频信号的A/D采样数字信号分发装置，其特征在于，包括A/D转换模块、N个FPGA以及如权利要求1至8任一项所述的数字信号分发装置，所述数字信号分发装置分别与所述A/D转换模块及N个所述FPGA连接。

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