CN115514413A - 一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，属于微波高速大容量通信技术领域；包括FPGA、8个数模转换通道D/A1‑D/A8、光频梳、第一放大器、第一分路器、第一IQ调制器、第二IQ调制器、第三IQ调制器、第四IQ调制器、合路器、第一混频器、光电探测器、第二放大器、8个模数转换通道A/D1‑A/D8、第二分路器、第一IQ解调器、第二IQ解调器、第三IQ解调器、第四IQ解调器、第一平衡探测器、第二平衡探测器、第三平衡探测器、第四平衡探测器、第三分路器、第二混频器和第三放大器；本发明利用RF‑SOC天然集成的多路AD和DA，以及光频梳各载波梳齿相位相干、频率间隔稳定、易于集成等特点，实现了多载波传输、小型化和激光微波通信系统一体化设计。
Description
技术领域
本发明属于微波高速大容量通信技术领域，涉及一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统。
背景技术
随着更多卫星遥感业务需求的不断提出，单个业务向着高空间分辨率、高光谱分辨率和高时相分辨方向发展，典型遥感卫星的数据获取能力高达10Tb/ 星/天以上。星上存在海量数据需要进行实时传输，现有卫星的在轨传输能力很难满足。与X、Ka和Q/V频段相比，W波段毫米波(国际电联规定下行频段71-76GHz，上行频段81-86GHz)具有5GHz的最大连续可用带宽，以及更强的系统容量扩展、抗干扰和抗截获能力，且星载设备易于小型化。与激光通信相比，W频段受天气条件和降雨影响小，具有更高的链路可用度，成为卫星载荷对地大容量通信技术的发展方向。
传统的微波通信方案采用基于电设计的单载波传输体制，在发射端采用微波直接调制方案，接收端采用二次下变频方式。使用这种方案进行W频段毫米波收发装置设计与研制时，会存在以下瓶颈难题：
1.需要多片FPGA芯片完成收发功能，资源消耗大。通常情况下，发射模块需要一片FPGA完成编码调制、成形滤波等功能，接收模块需要两片FPGA 完成自适应均衡、解调同步和高速译码等功能；
2.单载波传输带宽高达5GHz，且采用高阶调制，对AD和DA器件的采样率和量化位数要求很高，现有器件能力难以满足要求；
3.可选高频段电子器件种类少，如电调制器等，选型困难；
4.毫米波频点调谐困难，通道干扰大；
5.电子系统体积重量大，难以小型化，不符合未来卫星载荷发展需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，不仅解决了单载波传输速率高对射频器件带来的选型难，而且减少了FPGA芯片的使用数量，节约了计算资源。
本发明解决技术的方案是：
一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，包括FPGA、8个数模转换通道D/A1-D/A8、光频梳、第一放大器、第一分路器、第一IQ调制器、第二IQ 调制器、第三IQ调制器、第四IQ调制器、合路器、第一混频器、光电探测器和第二放大器；通信系统的发射端通信过程为：
FPGA：接收外部高速输入数据，对外部高速数据依次进行编码、调制、成型滤波处理，生成数字信号，并将数字信号分别发送至数模转换通道 D/A1-D/A8；
数模转换通道D/A1：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第一路子载波的基带模拟同相支路信号I1，并将第一路子载波的基带模拟同相支路信号I1发送至第一IQ调制器；
数模转换通道D/A2：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第一路子载波的基带模拟正交支路信号Q1，并将第一路子载波的基带模拟正交支路信号Q1发送至第一IQ调制器；
数模转换通道D/A3：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第二路子载波的基带模拟同相支路信号I2，并将第二路子载波的基带模拟同相支路信号I2发送至第二IQ调制器；
数模转换通道D/A4：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第二路子载波的基带模拟正交支路信号Q2，并将第二路子载波的基带模拟正交支路信号Q2发送至第二IQ调制器；
数模转换通道D/A5：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第三路子载波的基带模拟同相支路信号I3，并将第三路子载波的基带模拟同相支路信号I3发送至第三IQ调制器；
数模转换通道D/A6：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第三路子载波的基带模拟正交支路信号Q3，并将第三路子载波的基带模拟正交支路信号Q3发送至第三IQ调制器；
数模转换通道D/A7：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第四路子载波的基带模拟同相支路信号I4，并将第四路子载波的基带模拟同相支路信号I4发送至第四IQ调制器；
数模转换通道D/A8：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第四路子载波的基带模拟正交支路信号Q4，并将第四路子载波的基带模拟正交支路信号Q4发送至第四IQ调制器；
光频梳：生成第一组5路载波信号，并将第一组5路载波信号发送至第一放大器；
第一放大器：接收光频梳传来的第一组5路载波信号，对第一组5路载波信号均进行放大整形处理，并将放大整形后的5路载波信号发送至第一分路器；
第一分路器：接收第一放大器传来的放大整形后的5路载波信号，进行分路处理，生成4路光信号和1路载波信号；将4路光信号分别发送至第一IQ 调制器、第二IQ调制器、第三IQ调制器、第四IQ调制器；将载波信号发送至第一混频器；
第一IQ调制器：接收数模转换通道D/A1传来的第一路子载波的基带模拟同相支路信号I1；接收数模转换通道D/A2传来的第一路子载波的基带模拟正交支路信号Q1；接收第一分路器传来的第1路光信号；根据第一路子载波的基带模拟同相支路信号I1和第一路子载波的基带模拟正交支路信号Q1对第1 路光信号进行调制处理，生成第一路调制后光信号，并将第一路调制后光信号发送至合路器；
第二IQ调制器：接收数模转换通道D/A3传来的第二路子载波的基带模拟同相支路信号I2；接收数模转换通道D/A4传来的第二路子载波的基带模拟正交支路信号Q2；接收第一分路器传来的第2路光信号；根据第二路子载波的基带模拟同相支路信号I2和第二路子载波的基带模拟正交支路信号Q2对第2 路光信号进行调制处理，生成第二路调制后光信号，并将第二路调制后光信号发送至合路器；
第三IQ调制器：接收数模转换通道D/A5传来的第三路子载波的基带模拟同相支路信号I3；接收数模转换通道D/A6传来的第三路子载波的基带模拟正交支路信号Q3；接收第一分路器传来的第3路光信号；根据第三路子载波的基带模拟同相支路信号I3和第三路子载波的基带模拟正交支路信号Q3对第3 路光信号进行调制处理，生成第三路调制后光信号，并将第三路调制后光信号发送至合路器；
第四IQ调制器：接收数模转换通道D/A7传来的第四路子载波的基带模拟同相支路信号I4；接收数模转换通道D/A8传来的第四路子载波的基带模拟正交支路信号Q4；接收第一分路器传来的第4路光信号；根据第四路子载波的基带模拟同相支路信号I4和第四路子载波的基带模拟正交支路信号Q4对第4 路光信号进行调制处理，生成第四路调制后光信号，并将第四路调制后光信号发送至合路器；
合路器：接收第一IQ调制器传来的第一路调制后光信号；接收第二IQ调制器传来的第二路调制后光信号；接收第三IQ调制器传来的第三路调制后光信号；接收第四IQ调制器传来的第四路调制后光信号；将4路调制后光信号进行合路处理后发送至第一混频器；
第一混频器：接收合路器传来的合路处理后的4路调制后的光信号；接收第一分路器传来的载波信号；将载波信号分别与4路调制后的光信号进行混频处理，生成4路基带光信号，并将4路基带光信号发送至光电探测器；
光电探测器：接收第一混频器传来的4路基带光信号，将4路基带光信号转换成4路基带电信号，并将4路基带电信号发送至第二放大器；
第二放大器：接收光电探测器传来的4路基带电信号，对4路基带电信号进行放大处理，生成4路载波电信号，并将4路载波电信号发送至目标接收机。
在上述的一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，通信系统还包括8个模数转换通道A/D1-A/D8、第二分路器、第一IQ解调器、第二IQ解调器、第三IQ解调器、第四IQ解调器、第一平衡探测器、第二平衡探测器、第三平衡探测器、第四平衡探测器、第三分路器、第二混频器和第三放大器；通信系统的接收端通信过程为：
第三放大器：接收目标接收机传来的4路W波段的载波电信号，对4路 W波段的载波电信号进行放大处理后发送至第二混频器；
光频梳：生成第二组5路载波信号，并将第二组5路载波信号发送至第一放大器；
第一放大器：接收光频梳传来的第二组5路载波信号，对第二组5路载波信号均进行放大整形处理，并将放大整形后的5路载波信号发送至第二分路器；
第二分路器：接收第一放大器传来的5路载波信号，进行分路处理，生成 4路光频接收信号和1路载波信号；将4路光频接收信号分别发送至第一IQ解调器、第二IQ解调器、第三IQ解调器、第四IQ解调器；将载波信号发送至第二混频器；
第二混频器：接收第二分路器传来的载波信号；接收第三放大器传来的4 路W波段的载波电信号；将载波信号分别与4路W波段的载波电信号进行混频处理，生成4路基带接收信号，并将4路基带接收信号发送至第三分路器；
第三分路器：接收第二混频器传来的4路基带接收信号，分路处理后，将 4路基带接收信号分别发送至第一IQ解调器、第二IQ解调器、第三IQ解调器、第四IQ解调器；
第一IQ解调器：接收第二分路器传来的第1路光频接收信号；接收第三分路器传来的第1路基带接收信号；对第1路光频接收信号和第1路基带接收信号进行解调处理，生成第1路数据信息，并将第1路数据信息发送至第一平衡探测器；
第二IQ解调器：接收第二分路器传来的第2路光频接收信号；接收第三分路器传来的第2路基带接收信号；对第2路光频接收信号和第2路基带接收信号进行解调处理，生成第2路数据信息，并将第2路数据信息发送至第二平衡探测器；
第三IQ解调器：接收第二分路器传来的第3路光频接收信号；接收第三分路器传来的第3路基带接收信号；对第3路光频接收信号和第3路基带接收信号进行解调处理，生成第3路数据信息，并将第3路数据信息发送至第三平衡探测器；
第四IQ解调器：接收第二分路器传来的第4路光频接收信号；接收第三分路器传来的第4路基带接收信号；对第4路光频接收信号和第4路基带接收信号进行解调处理，生成第4路数据信息，并将第4路数据信息发送至第四平衡探测器；
第一平衡探测器：接收第一IQ解调器传来的第1路数据信息，对第1路数据信息进行平衡补偿处理，生成第五路子载波的基带模拟同相支路信号I5和第五路子载波的基带模拟正交支路信号Q5；将第五路子载波的基带模拟同相支路信号I5发送至模数转换通道A/D1；将第五路子载波的基带模拟正交支路信号Q5发送至模数转换通道A/D2；
第二平衡探测器：接收第二IQ解调器传来的第2路数据信息，对第2路数据信息进行平衡补偿处理，生成第六路子载波的基带模拟同相支路信号I6和第六路子载波的基带模拟正交支路信号Q6；将第六路子载波的基带模拟同相支路信号I6发送至模数转换通道A/D3；将第六路子载波的基带模拟正交支路信号Q6发送至模数转换通道A/D4；
第三平衡探测器：接收第三IQ解调器传来的第3路数据信息，对第3路数据信息进行平衡补偿处理，生成第七路子载波的基带模拟同相支路信号I7和第七路子载波的基带模拟正交支路信号Q7；将第七路子载波的基带模拟同相支路信号I7发送至模数转换通道A/D5；将第七路子载波的基带模拟正交支路信号Q7发送至模数转换通道A/D6；
第四平衡探测器：接收第四IQ解调器传来的第4路数据信息，对第4路数据信息进行平衡补偿处理，生成第八路子载波的基带模拟同相支路信号I8和第八路子载波的基带模拟正交支路信号Q8；将第八路子载波的基带模拟同相支路信号I8发送至模数转换通道A/D7；将第八路子载波的基带模拟正交支路信号Q8发送至模数转换通道A/D8；
模数转换通道A/D1：接收平衡探测器传来的第五路子载波的基带模拟同相支路信号I5，进行模数转换，生成第五路子载波的基带数字同相支路信号，并发送至FPGA；
模数转换通道A/D2：接收平衡探测器传来的第五路子载波的基带模拟正交支路信号Q5，进行模数转换，生成第五路子载波的基带数字正交支路信号，并发送至FPGA；
模数转换通道A/D3：接收平衡探测器传来的第六路子载波的基带模拟同相支路信号I6，进行模数转换，生成第六路子载波的基带数字同相支路信号，并发送至FPGA；
模数转换通道A/D4：接收平衡探测器传来的第六路子载波的基带模拟正交支路信号Q6，进行模数转换，生成第六路子载波的基带数字正交支路信号，并发送至FPGA；
模数转换通道A/D5：接收平衡探测器传来的第七路子载波的基带模拟同相支路信号I7，进行模数转换，生成第七路子载波的基带数字同相支路信号，并发送至FPGA；
模数转换通道A/D6：接收平衡探测器传来的第七路子载波的基带模拟正交支路信号Q7，进行模数转换，生成第七路子载波的基带数字正交支路信号，并发送至FPGA；
模数转换通道A/D7：接收平衡探测器传来的第八路子载波的基带模拟同相支路信号I8，进行模数转换，生成第八路子载波的基带数字同相支路信号，并发送至FPGA；
模数转换通道A/D8：接收平衡探测器传来的第八路子载波的基带模拟正交支路信号Q8，进行模数转换，生成第八路子载波的基带数字正交支路信号，并发送至FPGA；
FPGA：接收模数转换通道A/D1-A/D8传来的第五路至第八路子载波的基带数字信号，译码获得数据信息；
完成多通道毫米波的通信。
在上述的一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，FPGA集成在 RF-SOC系列ZU28DR芯片中。
在上述的一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，8个数模转换通道 D/A1-D/A8和8个模数转换通道A/D1-A/D8集成在ZU28DR芯片中，不需要额外的A/D、D/A转换器。
在上述的一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，所述光频梳生成第一组5路载波信号中，生成4路光信号的4路载波信号的波长分别为 1550-0.57338nm、1550-0.58339nm、1550-0.59339nm和1550-0.60339nm，第5路载波信号的波长为1550nm。
在上述的一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，所述第二放大器生成的载波电信号频率为71-76GHz。
在上述的一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，所述第三放大器接收的4路载波电信号频率均为81-86GHz。
在上述的一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，光频梳生成第二组5 路载波信号中，生成4路光频接收信号的4路载波信号的波长分别为 1550-0.65340nm、1550-0.66341nm、1550-0.67341nm、1550-0.68341nm，第5路载波信号的波长为1550nm。
在上述的一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，光频梳的多路载波梳齿产生毫米波作为载波信号，载波间相干性好，频点调谐灵活，且波长数和通道数易于扩展。
在上述的一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，通信系统与目标接收机进行通信的载波电信号为W频段毫米波信号，具有5GHz的最大连续可用带宽，链路可用度好。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明利用RF-SOC芯片ZU28DR内部集成的8路AD和DA通道进行多载波传输，不仅解决了单载波传输速率高对射频器件带来的选型难，而且减少了FPGA芯片的使用数量，节约了计算资源；
(2)本发明使用光频梳的多路载波梳齿产生毫米波作为载波信号，载波间相干性好，频点调谐灵活，且波长数和通道数易于扩展；
(3)本发明不需要使用多条本振链路传输多路载波信号，单机集成度高，易于实现小型化、轻量化，适用于卫星载荷对地高速通信场景。
附图说明
图1为本发明多通道毫米波通信系统示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
受器件能力限制，在71-76GHz高达5GHz带宽内的单载波调制难以实现，本发明提供了一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，考虑在71-76GHz带宽内实现4路载波传输，每路带宽为1.25GHz。由于电调制方案的本振链路数与载波个数成正比，需要4路传输，导致本振链路数量过多。因此，本发明采用基于光频梳多载波梳齿产生毫米波的方式实现多路载波发射方案。考虑到现有光频梳的技术指标，本发明在1550nm附近产生光频梳信号，具体频率示意图和毫米波产生方案分别如图1所示。同样地，在接收模块中，使用光频梳的载波梳齿将81-86GHz的接收信号转化为4路带宽1.25GHz的信号进行解调。
具体方案如下：
多通道毫米波通信系统，如图1所示，具体包括FPGA、8个数模转换通道D/A1-D/A8、光频梳、第一放大器、第一分路器、第一IQ调制器、第二IQ 调制器、第三IQ调制器、第四IQ调制器、合路器、第一混频器、光电探测器、第二放大器、8个模数转换通道A/D1-A/D8、第二分路器、第一IQ解调器、第二IQ解调器、第三IQ解调器、第四IQ解调器、第一平衡探测器、第二平衡探测器、第三平衡探测器、第四平衡探测器、第三分路器、第二混频器和第三放大器。利用RF-SOC天然集成的多路AD和DA，以及光频梳各载波梳齿相位相干、频率间隔稳定、易于集成等特点，实现了多载波传输、收发信机的小型化和激光微波通信系统的一体化设计，特别适用于星地大容量高速通信场景。
考虑在71-76GHz带宽内实现4路载波传输，每路带宽为1.25GHz。由于电调制方案的本振链路数与载波个数成正比，需要4路传输，导致本振链路数量过多。因此，本专利采用基于光频梳多载波梳齿产生毫米波的方式实现多路载波发射方案。
具体的通信系统的发射端通信过程为：
FPGA：接收外部高速输入数据，对外部高速数据依次进行编码、调制、成型滤波处理，生成数字信号，并将数字信号分别发送至数模转换通道 D/A1-D/A8。
数模转换通道D/A1：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第一路子载波的基带模拟同相支路信号I1，并将第一路子载波的基带模拟同相支路信号I1发送至第一IQ调制器。
数模转换通道D/A2：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第一路子载波的基带模拟正交支路信号Q1，并将第一路子载波的基带模拟正交支路信号Q1发送至第一IQ调制器。
数模转换通道D/A3：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第二路子载波的基带模拟同相支路信号I2，并将第二路子载波的基带模拟同相支路信号I2发送至第二IQ调制器。
数模转换通道D/A4：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第二路子载波的基带模拟正交支路信号Q2，并将第二路子载波的基带模拟正交支路信号Q2发送至第二IQ调制器。
数模转换通道D/A5：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第三路子载波的基带模拟同相支路信号I3，并将第三路子载波的基带模拟同相支路信号I3发送至第三IQ调制器。
数模转换通道D/A6：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第三路子载波的基带模拟正交支路信号Q3，并将第三路子载波的基带模拟正交支路信号Q3发送至第三IQ调制器。
数模转换通道D/A7：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第四路子载波的基带模拟同相支路信号I4，并将第四路子载波的基带模拟同相支路信号I4发送至第四IQ调制器。
数模转换通道D/A8：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第四路子载波的基带模拟正交支路信号Q4，并将第四路子载波的基带模拟正交支路信号Q4发送至第四IQ调制器。
光频梳：生成第一组5路载波信号，并将第一组5路载波信号发送至第一放大器。
第一放大器：接收光频梳传来的第一组5路载波信号，对第一组5路载波信号均进行放大整形处理，并将放大整形后的5路载波信号发送至第一分路器。
第一分路器：接收第一放大器传来的放大整形后的5路载波信号，进行分路处理，生成4路光信号和1路载波信号；将4路光信号分别发送至第一IQ 调制器、第二IQ调制器、第三IQ调制器、第四IQ调制器；将载波信号发送至第一混频器。
第一IQ调制器：接收数模转换通道D/A1传来的第一路子载波的基带模拟同相支路信号I1；接收数模转换通道D/A2传来的第一路子载波的基带模拟正交支路信号Q1；接收第一分路器传来的第1路光信号；根据第一路子载波的基带模拟同相支路信号I1和第一路子载波的基带模拟正交支路信号Q1对第1 路光信号进行调制处理，生成第一路调制后光信号，并将第一路调制后光信号发送至合路器。
第二IQ调制器：接收数模转换通道D/A3传来的第二路子载波的基带模拟同相支路信号I2；接收数模转换通道D/A4传来的第二路子载波的基带模拟正交支路信号Q2；接收第一分路器传来的第2路光信号；根据第二路子载波的基带模拟同相支路信号I2和第二路子载波的基带模拟正交支路信号Q2对第2 路光信号进行调制处理，生成第二路调制后光信号，并将第二路调制后光信号发送至合路器。
第三IQ调制器：接收数模转换通道D/A5传来的第三路子载波的基带模拟同相支路信号I3；接收数模转换通道D/A6传来的第三路子载波的基带模拟正交支路信号Q3；接收第一分路器传来的第3路光信号；根据第三路子载波的基带模拟同相支路信号I3和第三路子载波的基带模拟正交支路信号Q3对第3 路光信号进行调制处理，生成第三路调制后光信号，并将第三路调制后光信号发送至合路器。
第四IQ调制器：接收数模转换通道D/A7传来的第四路子载波的基带模拟同相支路信号I4；接收数模转换通道D/A8传来的第四路子载波的基带模拟正交支路信号Q4；接收第一分路器传来的第4路光信号；根据第四路子载波的基带模拟同相支路信号I4和第四路子载波的基带模拟正交支路信号Q4对第4 路光信号进行调制处理，生成第四路调制后光信号，并将第四路调制后光信号发送至合路器。
合路器：接收第一IQ调制器传来的第一路调制后光信号；接收第二IQ调制器传来的第二路调制后光信号；接收第三IQ调制器传来的第三路调制后光信号；接收第四IQ调制器传来的第四路调制后光信号；将4路调制后光信号进行合路处理后发送至第一混频器。
第一混频器：接收合路器传来的合路处理后的4路调制后的光信号；接收第一分路器传来的载波信号；将载波信号分别与4路调制后的光信号进行混频处理，生成4路基带光信号，并将4路基带光信号发送至光电探测器。
光电探测器：接收第一混频器传来的4路基带光信号，将4路基带光信号转换成4路基带电信号，并将4路基带电信号发送至第二放大器。
第二放大器：接收光电探测器传来的4路基带电信号，对4路基带电信号进行放大处理，生成4路载波电信号，并将4路载波电信号发送至目标接收机。
通信系统的接收端通信过程为。
第三放大器：接收目标接收机传来的4路W波段的载波电信号，对4路 W波段的载波电信号进行放大处理后发送至第二混频器。
光频梳：生成第二组5路载波信号，并将第二组5路载波信号发送至第一放大器。
第一放大器：接收光频梳传来的第二组5路载波信号，对第二组5路载波信号均进行放大整形处理，并将放大整形后的5路载波信号发送至第二分路器。
第二分路器：接收第一放大器传来的5路载波信号，进行分路处理，生成 4路光频接收信号和1路载波信号；将4路光频接收信号分别发送至第一IQ解调器、第二IQ解调器、第三IQ解调器、第四IQ解调器；将载波信号发送至第二混频器。
第二混频器：接收第二分路器传来的载波信号；接收第三放大器传来的4 路W波段的载波电信号；将载波信号分别与4路W波段的载波电信号进行混频处理，生成4路基带接收信号，并将4路基带接收信号发送至第三分路器。
第三分路器：接收第二混频器传来的4路基带接收信号，分路处理后，将 4路基带接收信号分别发送至第一IQ解调器、第二IQ解调器、第三IQ解调器、第四IQ解调器。
第一IQ解调器：接收第二分路器传来的第1路光频接收信号；接收第三分路器传来的第1路基带接收信号；对第1路光频接收信号和第1路基带接收信号进行解调处理，生成第1路数据信息，并将第1路数据信息发送至第一平衡探测器。
第二IQ解调器：接收第二分路器传来的第2路光频接收信号；接收第三分路器传来的第2路基带接收信号；对第2路光频接收信号和第2路基带接收信号进行解调处理，生成第2路数据信息，并将第2路数据信息发送至第二平衡探测器。
第三IQ解调器：接收第二分路器传来的第3路光频接收信号；接收第三分路器传来的第3路基带接收信号；对第3路光频接收信号和第3路基带接收信号进行解调处理，生成第3路数据信息，并将第3路数据信息发送至第三平衡探测器。
第四IQ解调器：接收第二分路器传来的第4路光频接收信号；接收第三分路器传来的第4路基带接收信号；对第4路光频接收信号和第4路基带接收信号进行解调处理，生成第4路数据信息，并将第4路数据信息发送至第四平衡探测器。
第一平衡探测器：接收第一IQ解调器传来的第1路数据信息，对第1路数据信息进行平衡补偿处理，生成第五路子载波的基带模拟同相支路信号I5和第五路子载波的基带模拟正交支路信号Q5；将第五路子载波的基带模拟同相支路信号I5发送至模数转换通道A/D1；将第五路子载波的基带模拟正交支路信号Q5发送至模数转换通道A/D2。
第二平衡探测器：接收第二IQ解调器传来的第2路数据信息，对第2路数据信息进行平衡补偿处理，生成第六路子载波的基带模拟同相支路信号I6和第六路子载波的基带模拟正交支路信号Q6；将第六路子载波的基带模拟同相支路信号I6发送至模数转换通道A/D3；将第六路子载波的基带模拟正交支路信号Q6发送至模数转换通道A/D4。
第三平衡探测器：接收第三IQ解调器传来的第3路数据信息，对第3路数据信息进行平衡补偿处理，生成第七路子载波的基带模拟同相支路信号I7和第七路子载波的基带模拟正交支路信号Q7；将第七路子载波的基带模拟同相支路信号I7发送至模数转换通道A/D5；将第七路子载波的基带模拟正交支路信号Q7发送至模数转换通道A/D6。
第四平衡探测器：接收第四IQ解调器传来的第4路数据信息，对第4路数据信息进行平衡补偿处理，生成第八路子载波的基带模拟同相支路信号I8和第八路子载波的基带模拟正交支路信号Q8；将第八路子载波的基带模拟同相支路信号I8发送至模数转换通道A/D7；将第八路子载波的基带模拟正交支路信号Q8发送至模数转换通道A/D8。
模数转换通道A/D1：接收平衡探测器传来的第五路子载波的基带模拟同相支路信号I5，进行模数转换，生成第五路子载波的基带数字同相支路信号，并发送至FPGA。
模数转换通道A/D2：接收平衡探测器传来的第五路子载波的基带模拟正交支路信号Q5，进行模数转换，生成第五路子载波的基带数字正交支路信号，并发送至FPGA。
模数转换通道A/D3：接收平衡探测器传来的第六路子载波的基带模拟同相支路信号I6，进行模数转换，生成第六路子载波的基带数字同相支路信号，并发送至FPGA。
模数转换通道A/D4：接收平衡探测器传来的第六路子载波的基带模拟正交支路信号Q6，进行模数转换，生成第六路子载波的基带数字正交支路信号，并发送至FPGA。
模数转换通道A/D5：接收平衡探测器传来的第七路子载波的基带模拟同相支路信号I7，进行模数转换，生成第七路子载波的基带数字同相支路信号，并发送至FPGA。
模数转换通道A/D6：接收平衡探测器传来的第七路子载波的基带模拟正交支路信号Q7，进行模数转换，生成第七路子载波的基带数字正交支路信号，并发送至FPGA。
模数转换通道A/D7：接收平衡探测器传来的第八路子载波的基带模拟同相支路信号I8，进行模数转换，生成第八路子载波的基带数字同相支路信号，并发送至FPGA。
模数转换通道A/D8：接收平衡探测器传来的第八路子载波的基带模拟正交支路信号Q8，进行模数转换，生成第八路子载波的基带数字正交支路信号，并发送至FPGA。
FPGA：接收模数转换通道A/D1-A/D8传来的第五路至第八路子载波的基带数字信号，译码获得数据信息。
完成多通道毫米波的通信。
在芯片设计时，将FPGA集成在RF-SOC系列ZU28DR芯片中。8个数模转换通道D/A1-D/A8和8个模数转换通道A/D1-A/D8集成在ZU28DR芯片中，不需要额外的A/D、D/A转换器。利用RF-SOC芯片ZU28DR内部集成的 8路AD和DA通道进行多载波传输，不仅解决了单载波传输速率高对射频器件带来的选型难，而且减少了FPGA芯片的使用数量，节约了计算资源。
考虑到现有光频梳的技术指标，本发明在1550nm附近产生光频梳信号。同样地，在接收模块中，使用光频梳的载波梳齿将81-86GHz的接收信号转化为4路带宽1.25GHz的信号进行解调。
光频梳生成第一组5路载波信号中，生成4路光信号的4路载波信号的波长分别为1550-0.57338nm、1550-0.58339nm、1550-0.59339nm和 1550-0.60339nm，第5路载波信号的波长为1550nm。光频梳生成第二组5 路载波信号中，生成4路光频接收信号的4路载波信号的波长分别为 1550-0.65340nm、1550-0.66341nm、1550-0.67341nm、1550-0.68341nm，第5路载波信号的波长为1550nm。
本发明中，使用光频梳的多路载波梳齿产生毫米波作为载波信号，载波间相干性好，频点调谐灵活，且波长数和通道数易于扩展。
第二放大器生成的载波电信号频率为71-76GHz。第三放大器接收的4路载波电信号频率均为81-86GHz。通信系统与目标接收机进行通信的载波电信号为W频段毫米波信号，具有5GHz的最大连续可用带宽，链路可用度好。
本发明方案中采用RF-SOC系列ZU28DR芯片作为基带FPGA，该芯片不需要采用外部分立模拟器件进行中频或基带下变频，可直接将射频信号送入后续信号处理单元，将模拟信号直接采样得到数字信号，从而在数字域对信号进行下变频，这样将大大简化系统设计，提高设备集成度。此外，RFSoc芯片中集成的FPGA模块可以完成基带信号处理算法。与传统数字信号处理方案相比，本发明采用的数字信号处理方案不需要额外的A/D、D/A转换器、可编程逻辑器件FPGA等，非常适合于设备的小型化和轻量化设计。ZU28DR芯片内部集成8路A/D和8路D/A硬件通道，可与本发明所设计的毫米波收发方案完美结合。综上，本发明中一种基于光频梳的多通道毫米波通信装置结构如图1 所示。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，其特征在于：包括FPGA、8个数模转换通道D/A1-D/A8、光频梳、第一放大器、第一分路器、第一IQ调制器、第二IQ调制器、第三IQ调制器、第四IQ调制器、合路器、第一混频器、光电探测器和第二放大器；通信系统的发射端通信过程为：
FPGA：接收外部高速输入数据，对外部高速数据依次进行编码、调制、成型滤波处理，生成数字信号，并将数字信号分别发送至数模转换通道D/A1-D/A8；
数模转换通道D/A1：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第一路子载波的基带模拟同相支路信号I1，并将第一路子载波的基带模拟同相支路信号I1发送至第一IQ调制器；
数模转换通道D/A2：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第一路子载波的基带模拟正交支路信号Q1，并将第一路子载波的基带模拟正交支路信号Q1发送至第一IQ调制器；
数模转换通道D/A3：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第二路子载波的基带模拟同相支路信号I2，并将第二路子载波的基带模拟同相支路信号I2发送至第二IQ调制器；
数模转换通道D/A4：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第二路子载波的基带模拟正交支路信号Q2，并将第二路子载波的基带模拟正交支路信号Q2发送至第二IQ调制器；
数模转换通道D/A5：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第三路子载波的基带模拟同相支路信号I3，并将第三路子载波的基带模拟同相支路信号I3发送至第三IQ调制器；
数模转换通道D/A6：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第三路子载波的基带模拟正交支路信号Q3，并将第三路子载波的基带模拟正交支路信号Q3发送至第三IQ调制器；
数模转换通道D/A7：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第四路子载波的基带模拟同相支路信号I4，并将第四路子载波的基带模拟同相支路信号I4发送至第四IQ调制器；
数模转换通道D/A8：接收FPGA传来的数字信号，对数字信号进行数模转换，生成第四路子载波的基带模拟正交支路信号Q4，并将第四路子载波的基带模拟正交支路信号Q4发送至第四IQ调制器；
光频梳：生成第一组5路载波信号，并将第一组5路载波信号发送至第一放大器；
第一放大器：接收光频梳传来的第一组5路载波信号，对第一组5路载波信号均进行放大整形处理，并将放大整形后的5路载波信号发送至第一分路器；
第一分路器：接收第一放大器传来的放大整形后的5路载波信号，进行分路处理，生成4路光信号和1路载波信号；将4路光信号分别发送至第一IQ调制器、第二IQ调制器、第三IQ调制器、第四IQ调制器；将载波信号发送至第一混频器；
第一IQ调制器：接收数模转换通道D/A1传来的第一路子载波的基带模拟同相支路信号I1；接收数模转换通道D/A2传来的第一路子载波的基带模拟正交支路信号Q1；接收第一分路器传来的第1路光信号；根据第一路子载波的基带模拟同相支路信号I1和第一路子载波的基带模拟正交支路信号Q1对第1路光信号进行调制处理，生成第一路调制后光信号，并将第一路调制后光信号发送至合路器；
第二IQ调制器：接收数模转换通道D/A3传来的第二路子载波的基带模拟同相支路信号I2；接收数模转换通道D/A4传来的第二路子载波的基带模拟正交支路信号Q2；接收第一分路器传来的第2路光信号；根据第二路子载波的基带模拟同相支路信号I2和第二路子载波的基带模拟正交支路信号Q2对第2路光信号进行调制处理，生成第二路调制后光信号，并将第二路调制后光信号发送至合路器；
第三IQ调制器：接收数模转换通道D/A5传来的第三路子载波的基带模拟同相支路信号I3；接收数模转换通道D/A6传来的第三路子载波的基带模拟正交支路信号Q3；接收第一分路器传来的第3路光信号；根据第三路子载波的基带模拟同相支路信号I3和第三路子载波的基带模拟正交支路信号Q3对第3路光信号进行调制处理，生成第三路调制后光信号，并将第三路调制后光信号发送至合路器；
第四IQ调制器：接收数模转换通道D/A7传来的第四路子载波的基带模拟同相支路信号I4；接收数模转换通道D/A8传来的第四路子载波的基带模拟正交支路信号Q4；接收第一分路器传来的第4路光信号；根据第四路子载波的基带模拟同相支路信号I4和第四路子载波的基带模拟正交支路信号Q4对第4路光信号进行调制处理，生成第四路调制后光信号，并将第四路调制后光信号发送至合路器；
合路器：接收第一IQ调制器传来的第一路调制后光信号；接收第二IQ调制器传来的第二路调制后光信号；接收第三IQ调制器传来的第三路调制后光信号；接收第四IQ调制器传来的第四路调制后光信号；将4路调制后光信号进行合路处理后发送至第一混频器；
第一混频器：接收合路器传来的合路处理后的4路调制后的光信号；接收第一分路器传来的载波信号；将载波信号分别与4路调制后的光信号进行混频处理，生成4路基带光信号，并将4路基带光信号发送至光电探测器；
光电探测器：接收第一混频器传来的4路基带光信号，将4路基带光信号转换成4路基带电信号，并将4路基带电信号发送至第二放大器；
第二放大器：接收光电探测器传来的4路基带电信号，对4路基带电信号进行放大处理，生成4路载波电信号，并将4路载波电信号发送至目标接收机。
2.根据权利要求1所述的一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，其特征在于：通信系统还包括8个模数转换通道A/D1-A/D8、第二分路器、第一IQ解调器、第二IQ解调器、第三IQ解调器、第四IQ解调器、第一平衡探测器、第二平衡探测器、第三平衡探测器、第四平衡探测器、第三分路器、第二混频器和第三放大器；通信系统的接收端通信过程为：
第三放大器：接收目标接收机传来的4路W波段的载波电信号，对4路W波段的载波电信号进行放大处理后发送至第二混频器；
光频梳：生成第二组5路载波信号，并将第二组5路载波信号发送至第一放大器；
第一放大器：接收光频梳传来的第二组5路载波信号，对第二组5路载波信号均进行放大整形处理，并将放大整形后的5路载波信号发送至第二分路器；
第二分路器：接收第一放大器传来的5路载波信号，进行分路处理，生成4路光频接收信号和1路载波信号；将4路光频接收信号分别发送至第一IQ解调器、第二IQ解调器、第三IQ解调器、第四IQ解调器；将载波信号发送至第二混频器；
第二混频器：接收第二分路器传来的载波信号；接收第三放大器传来的4路W波段的载波电信号；将载波信号分别与4路W波段的载波电信号进行混频处理，生成4路基带接收信号，并将4路基带接收信号发送至第三分路器；
第三分路器：接收第二混频器传来的4路基带接收信号，分路处理后，将4路基带接收信号分别发送至第一IQ解调器、第二IQ解调器、第三IQ解调器、第四IQ解调器；
第一IQ解调器：接收第二分路器传来的第1路光频接收信号；接收第三分路器传来的第1路基带接收信号；对第1路光频接收信号和第1路基带接收信号进行解调处理，生成第1路数据信息，并将第1路数据信息发送至第一平衡探测器；
第二IQ解调器：接收第二分路器传来的第2路光频接收信号；接收第三分路器传来的第2路基带接收信号；对第2路光频接收信号和第2路基带接收信号进行解调处理，生成第2路数据信息，并将第2路数据信息发送至第二平衡探测器；
第三IQ解调器：接收第二分路器传来的第3路光频接收信号；接收第三分路器传来的第3路基带接收信号；对第3路光频接收信号和第3路基带接收信号进行解调处理，生成第3路数据信息，并将第3路数据信息发送至第三平衡探测器；
第四IQ解调器：接收第二分路器传来的第4路光频接收信号；接收第三分路器传来的第4路基带接收信号；对第4路光频接收信号和第4路基带接收信号进行解调处理，生成第4路数据信息，并将第4路数据信息发送至第四平衡探测器；
第一平衡探测器：接收第一IQ解调器传来的第1路数据信息，对第1路数据信息进行平衡补偿处理，生成第五路子载波的基带模拟同相支路信号I5和第五路子载波的基带模拟正交支路信号Q5；将第五路子载波的基带模拟同相支路信号I5发送至模数转换通道A/D1；将第五路子载波的基带模拟正交支路信号Q5发送至模数转换通道A/D2；
第二平衡探测器：接收第二IQ解调器传来的第2路数据信息，对第2路数据信息进行平衡补偿处理，生成第六路子载波的基带模拟同相支路信号I6和第六路子载波的基带模拟正交支路信号Q6；将第六路子载波的基带模拟同相支路信号I6发送至模数转换通道A/D3；将第六路子载波的基带模拟正交支路信号Q6发送至模数转换通道A/D4；
第三平衡探测器：接收第三IQ解调器传来的第3路数据信息，对第3路数据信息进行平衡补偿处理，生成第七路子载波的基带模拟同相支路信号I7和第七路子载波的基带模拟正交支路信号Q7；将第七路子载波的基带模拟同相支路信号I7发送至模数转换通道A/D5；将第七路子载波的基带模拟正交支路信号Q7发送至模数转换通道A/D6；
第四平衡探测器：接收第四IQ解调器传来的第4路数据信息，对第4路数据信息进行平衡补偿处理，生成第八路子载波的基带模拟同相支路信号I8和第八路子载波的基带模拟正交支路信号Q8；将第八路子载波的基带模拟同相支路信号I8发送至模数转换通道A/D7；将第八路子载波的基带模拟正交支路信号Q8发送至模数转换通道A/D8；
模数转换通道A/D1：接收平衡探测器传来的第五路子载波的基带模拟同相支路信号I5，进行模数转换，生成第五路子载波的基带数字同相支路信号，并发送至FPGA；
模数转换通道A/D2：接收平衡探测器传来的第五路子载波的基带模拟正交支路信号Q5，进行模数转换，生成第五路子载波的基带数字正交支路信号，并发送至FPGA；
模数转换通道A/D3：接收平衡探测器传来的第六路子载波的基带模拟同相支路信号I6，进行模数转换，生成第六路子载波的基带数字同相支路信号，并发送至FPGA；
模数转换通道A/D4：接收平衡探测器传来的第六路子载波的基带模拟正交支路信号Q6，进行模数转换，生成第六路子载波的基带数字正交支路信号，并发送至FPGA；
模数转换通道A/D5：接收平衡探测器传来的第七路子载波的基带模拟同相支路信号I7，进行模数转换，生成第七路子载波的基带数字同相支路信号，并发送至FPGA；
模数转换通道A/D6：接收平衡探测器传来的第七路子载波的基带模拟正交支路信号Q7，进行模数转换，生成第七路子载波的基带数字正交支路信号，并发送至FPGA；
模数转换通道A/D7：接收平衡探测器传来的第八路子载波的基带模拟同相支路信号I8，进行模数转换，生成第八路子载波的基带数字同相支路信号，并发送至FPGA；
模数转换通道A/D8：接收平衡探测器传来的第八路子载波的基带模拟正交支路信号Q8，进行模数转换，生成第八路子载波的基带数字正交支路信号，并发送至FPGA；
FPGA：接收模数转换通道A/D1-A/D8传来的第五路至第八路子载波的基带数字信号，译码获得数据信息；
完成多通道毫米波的通信。
3.根据权利要求1所述的一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，其特征在于：FPGA集成在RF-SOC系列ZU28DR芯片中。
4.根据权利要求2所述的一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，其特征在于：8个数模转换通道D/A1-D/A8和8个模数转换通道A/D1-A/D8集成在ZU28DR芯片中，不需要额外的A/D、D/A转换器。
5.根据权利要求1所述的一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，其特征在于：所述光频梳生成第一组5路载波信号中，生成4路光信号的4路载波信号的波长分别为1550-0.57338nm、1550-0.58339nm、1550-0.59339nm和1550-0.60339nm，第5路载波信号的波长为1550nm。
6.根据权利要求1所述的一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，其特征在于：所述第二放大器生成的载波电信号频率为71-76GHz。
7.根据权利要求2所述的一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，其特征在于：所述第三放大器接收的4路载波电信号频率均为81-86GHz。
8.根据权利要求2所述的一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，其特征在于：光频梳生成第二组5路载波信号中，生成4路光频接收信号的4路载波信号的波长分别为1550-0.65340nm、1550-0.66341nm、1550-0.67341nm、1550-0.68341nm，第5路载波信号的波长为1550nm。
9.根据权利要求1或2所述的一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，其特征在于：光频梳的多路载波梳齿产生毫米波作为载波信号，通过载波间相干性实现灵活的频点调谐，且波长数和通道数易于扩展。
10.根据权利要求1或2所述的一种基于光频梳的多通道毫米波通信系统，其特征在于：通信系统与目标接收机进行通信的载波电信号为W频段毫米波信号，具有5GHz的最大连续可用带宽。
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