CN208369601U - 一种高速1553b总线通信接口模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速1553B总线通信接口模块，包括：数据处理接口，用于和高速通信数据节点设备进行数据交互；处理模块，包括用于将待发送的用户数据经过编码调制成波形数据的OFDM编码模块，以及用于将采集到的波形数据调制解码成所传递的用户数据的OFDM解码模块；模拟前端，用于进行信号处理以及与1553B总线、1553B节点设备的通信；其中，所述的数据处理接口、处理模块以及模拟前端依次连接。本实用新型在为GJB289A(1553B)数据总线提供了快速且经济的带宽增加通道，额外增加的通信容量与现有的1553B信号并行工作，与1553B共用网络拓扑和底层物理线路，相互独立运行，可以将现有数据线基础设施上运行的数据带宽容量增加到100Mbps。

Description

一种高速1553B总线通信接口模块

技术领域

本实用新型涉及计算机、航空电子通信技术领域，具体涉及一种高速1553B总线通信接口模块。

背景技术

1553B总线是由美国军方制定的一种航空系统通信标准，1553B总线协议采用曼彻斯特编码方式在屏蔽同轴线缆中以最高1Mb/s速率传输，该协议在数据完整性、传输可靠性与使用灵活性等方面都具有显著优势，广泛应用于航空航天电子等领域。

随着航空航天技术的发展，对总线数据传输速率和吞吐量都提出了更高要求，各种军用传感器信息融合、音视频图像传输的迫切需求，都需要在原有装备中加装高带宽的传输网络，1553B显然已经不能满足当前要求。需要在1553B的基础上研制和改进得到速率更高的数据通信通道。高速1553B实现方式目前大多通过提高总线时钟频率有效提高数据吞吐量，这种方式容易造成波形失真，传输速率最高也只能达到4Mbps。也有改变原有物理链路驱动方式，通过采用串行驱动芯片提高快速收发能力，进一步提升传输速度，获得10Mbps左右的传输速度。以上种种方式，在提升速度的同时，不能完全对原有标准1553B总线网络系统设备做到完全向下兼容升级，并且也会引入了诸多限制因素，比如传输距离减少、波形失真等。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种高速1553B总线通信接口模块，以有效提升1553B数据总线的通信速度，同时具有良好的兼容性。

为了实现上述任务，本实用新型采用以下技术方案：

一种高速1553B总线通信接口模块，包括：

数据处理接口，用于和高速通信数据节点设备进行数据交互；

处理模块，包括用于将待发送的用户数据经过编码调制成波形数据的OFDM编码模块，以及用于将采集到的波形数据调制解码成所传递的用户数据的OFDM解码模块；

模拟前端，用于进行信号处理以及与1553B总线、1553B节点设备的通信；

其中，所述的数据处理接口、处理模块以及模拟前端依次连接。

进一步地，所述的数据处理接口采用PCI标准协议接口，或采用PCIE标准协议接口。

进一步地，所述的处理模块还包括用于缓存和管理数据处理接口与OFDM编码模块、OFDM解码模块之间的数据，以及调整数据速率和收发数据控制管理的用户数据缓存模块。

进一步地，所述的处理模块中设置有用于配置通信速率和身份ID的配置模块。

进一步地，所述的模拟前端包括：

DAC模块，用于将波形数据转换成模拟中频信号；

ADC模块，用于将模拟射频信号进行采样得到波形数据；

射频前端模块，用于对所述的中频信号进行滤波、上变频混频、信号放大、功率放大以及分合路处理得到OFDM载波信号，以及对接收到的OFDM载波信号进行滤波、信号放大、下变频混频处理得到模拟射频信号；

耦合/旁路模块，用于将1553B总线传递的标准1553信号不经任何处理的旁路/转发到1553B节点设备、将经过射频前端模块处理后得到OFDM载波信号耦合到1553B总线上，以及将需要接收的OFDM载波信号解耦合到所述的射频前端模块。

进一步地，所述的高速1553B总线通信接口模块还包括：

电源接口，用于通过高速通信数据节点设备为高速1553B总线通信接口模块供电。

本实用新型具有以下技术特点：

1.本实用新型提供接口模块可将原有速率为1Mbps的MIL-STD-1553数据总线通信速度提升为100Mbps，能够以简单易行、向下兼容物理链路的方式，满足实际中的高带宽、高速率传输需求。

2.本实用新型的接口模块利用无线通信领域的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。该方法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，对于现有标准1553网络改造升级具有相对短的开发周期、低廉的成本及能够快速升级等优点。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为传统1553B信号与本实用新型接口模块处理后得到的1553B信号频谱划分示意图；

图3为耦合/旁路模块的结构框图；

图4为标准1553B总线拓扑结构；

图5为应用本实用新型的总线系统基本拓扑结构图；

图6为应用本实用新型的高速1553B总线冗余拓扑示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供了一种高速1553B总线通信接口模块，包括：

数据处理接口，用于和高速通信数据节点设备进行数据交互；

处理模块，包括用于将待发送的用户数据经过编码调制成波形数据的OFDM编码模块，以及用于将采集到的波形数据调制解码成所传递的用户数据的OFDM解码模块；

模拟前端，用于进行信号处理以及与1553B总线、1553B节点设备的通信；

其中，所述的数据处理接口、处理模块以及模拟前端依次连接。

本实用新型中，所述的数据处理接口与处理模块连接，数据处理接口采用PCI标准协议接口，或采用PCIE标准协议接口，高速1553B总线通信接口模块(以下简称接口模块)通过数据处理接口与外部的高速通信数据节点设备进行数据交互。所述的高速通信数据节点设备为包括但不限于支持PCI或PCIE接口的计算机、嵌入式处理器。

本实用新型采用的数据处理接口为PCI/PCIe接口，是双向通信接口，该接口可以固定设计为PCI接口，也可以固定设计为PCIE接口，既可以通过该接口将接口模块接收到的高速传输的视频、图像、文件信息按照PCI协议或者PCIE协议传输给外部的高速通信数据节点设备，供高速通信数据节点设备存储、显示、转发、处理，又可以通过该接口将高速通信数据节点设备的需要传输的视频、图像、文件信息传输给高速1553B模块，由接口模块进行数字信号处理耦合到1553B总线上传输给下一个接收端的接口模块接收。

具体地，所述的处理模块还包括用于缓存和管理数据处理接口与OFDM编码模块、OFDM解码模块之间的数据，以及调整数据速率和收发数据控制管理的用户数据缓存模块，如图1所示。其中，用户数据缓存模块分别与所述的数据处理接口、OFDM编码模块、OFDM解码模块连接。

本方案中，在OFDM编码模块、OFDM解码模块中采用正交频分复用OFDM的调制和解调技术。已知普通1553B(GJB289A)主要能量集中的频带是0～5MHz的频带，1553B的电缆组件通信最大承载能力约为300M。因此，本实用新型的接口模块的基本思路是使用多载波调制方法，充分利用频谱资源，在有限的带宽内传输更多的数据。正交频分复用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一种多载波调制方式，数据被放置在许多载波(子载波)上，这些子载波是彼此正交的，通常紧密对准到在频率轴上发生重叠的范围内，相比较传统的频分复用(FDM)的优点，OFDM可以使用快速傅里叶变换(FFT)算法来高效地区分副载波在载波重叠的基础上还能确保不发生相互干扰，这样就能在有限的带宽内承载更多的子载波信息。

为了更好地利用总线上的可用带宽，该接口模块采用OFDM调制的方式在原有设备的1Mbps通信物理通信链路基础上实现100Mbps高速通信，采用OFDM调制方法在原有通信链路创建“叠加”网络并共同存在、同时运行，且不会干扰原有的1Mbps曼彻斯特编码信号通信。OFDM调制用于更好地利用总线上的可用带宽，在普通1553基础上创建可以同时运行的“叠加”网络，而不会干扰现有的1553通信，如图2所示。OFDM抗符号间干扰性能好，抗窄带干扰能力强，频谱利用率高，非常适合用于高速数据的有线传输。

本方案中，所述的模拟前端具体包括：

DAC模块，用于将经过OFDM编码模块经过编码调制成的波形数据转换成模拟中频信号；

ADC模块，用于将从射频前端模块接收到的模拟射频信号进行采样得到波形数据；

射频前端模块，当处于发射模式时，用于对所述的DAC模块传递来的模拟中频信号进行滤波、上变频混频、信号放大、功率放大以及分合路处理后得到OFDM载波信号并传递给耦合旁路模块；当处于接收模式时，对从耦合/旁路模块接收到的OFDM载波信号进行滤波、信号放大、下变频混频处理后得到模拟射频信号并传递给ADC模块；

耦合/旁路模块，用于将1553B总线传递的标准1553信号不经任何处理的旁路/转发到1553B节点设备；当处于发射模式时，将经过射频前端模块处理后得到的OFDM载波信号耦合到1553B总线上；当处于接收模式时，将需要接收的OFDM载波信号解耦合到所述的射频前端模块。耦合/旁路模块的结构如图3所示，包括带通滤波器、耦合变压器以及低通滤波器。

如图1所示，本实用新型的接口模块还包括与高速通信数据节点设备连接的电源接口，用于通过高速通信数据节点设备为高速1553B总线通信接口模块供电。另外，在所述的处理模块中设置有用于配置通信速率和(接口模块)身份ID的配置模块。

本实用新型的工作过程如下：

1.发射模式

高速通信数据节点设备通过数据处理接口与接口模块进行数据交互，并提供电源。接口模块通过数据处理接口接收需要发送的数据包，传输到处理模块内部的用户数据缓存模块中，然后通过OFDM编码模块经编码调制成波形数据，继而通过DAC模块转换成模拟中频信号。

将所述的模拟中频信号经过射频前端模块进行滤波、上变频混频、信号放大、功率放大以及分合路处理得到具有一定功率的OFDM载波信号，该信号由耦合/旁路模块耦合到1553B总线上。

2.接收模式

其他与1553B总线连接的高速1553B总线通信接口模块发送的OFDM载波信号，以及1553B总线上存在的标准1553B信号共同到达耦合/旁路模块，由耦合/旁路模块将标准1553B信号不经任何处理的旁路到1553B节点设备，同时将需要接收的OFDM载波信号解耦合到射频前端模块；所述的1553B节点设备为支持1553B总线标准、具有1553B总线通讯能力的网络设备，可以是总线控制器(BC)、远程终端(RT)和总线监视器(BM)等。

射频前端接收到解耦合后的OFDM载波信号，进行滤波、信号放大、下变频混频处理得到模拟射频信号，然后通过ADC模块进行采样得到波形数据，再通过OFDM解码模块完成OFDM解调处理得到用户数据缓存到用户数据缓存模块，再由数据处理接口将用户数据上传到高速通信数据节点设备。

实施例：

高速1553B的基本概念是升级到高速数字通信，旨在通过使用现有线缆来实现武器装备的现代化或功能升级改进。如果为了给武器装备扩展新的功能一般需要增加新的布线，有可能需要重新设计或调查整个系统等，这需要很高的成本。传统的1553B总线拓扑结构示意图如图4所示，由3个1553耦合器通过标准1553线缆连接，两端有终止器，每个耦合器都各自连接一个1553B节点设备。

利用本实用新型提供的方案，只需要在原有1553B网络中的数据发送端或接收端各增加一个高速1553B总线通信接口模块，如图5所示。高速1553B总线通信接口模块被包含在某个处理机单元中，可以进行100Mbps的通信，可以降低改造难度和成本周期。高速1553B总线通信接口模块通过标准1553线缆连接1553耦合器和1553B节点设备，组成高速1553B通信线路。每个原有设备(1553B节点)通过接口模块接入耦合器，接口模块上有PCI或PCIe接口连接到PC机或嵌入式计算机，可以经过高速1553B通信线路，实现高速通信。传统的1553B节点设备，其与高速1553B无关并且互不影响。

本实用新型的高速1553B总线通信接口模块采用多载波OFDM传输技术，在原有1553B总线拓扑和物理层传输介质不变的情况下，通过OFDM调制技术实现在原有传输介质增加一个高速1553B信号传输，同1553B总线兼容，也支持冗余拓扑网络总线结构，如图6所示。由图可知，通信接口模块与1553B总线标准规定1553标准板卡的传输线路完全兼容，采用相同的连接器、线缆和耦合器。使用时只需要串联进耦合器与1553B标准板卡之间。

高速1553B总线通信接口旨在为GJB289A(1553B)数据总线提供快速且经济的带宽增加通道。额外增加的通信容量与现有的低速1553B信号并行工作，相互独立运行。可以将现有数据总线基础设施上运行的数据网络的容量增加到100Mbps。

高速1553B总线通信接口模块可实现高速1553B总线通信，兼容普通1Mbps的1553B网络，该模块可旁路至1553B总线。接口模块以板卡形式，安装进测试系统，能够实现信息交换，接口模块通信速率不少于100Mbps；兼容1Mbps的1553B通信，可实现在同一套1553B总线上，同时传输100Mbps的高速1553B和1Mbps的1553B；接口模块和1553B一样，具备3种功能，每个节点均可设置为BC、BM或RT的功能。

高速1553B总线通信接口模块可配置为总线控制器(BC)或远程终端(RT)，不依赖于现有的传统1553B总线控制器来管理数据流量。现有的1553B硬件或软件基础架构无需进行任何更改，从而显着降低集成、认证和部署需要增加数据容量的高级功能的成本，可用于传输高速数据，如视频、图像等，降低1553B数据总线和高速数据总线综合布线压力；方便集成到任务计算机、存储管理系统和显示器中，为后续的网络扩容升级开发提供网络基础；适用于海、陆、空等多种应用场合的1553B数据总线扩展。适合执行网络安全升级。

Claims (6)

1.一种高速1553B总线通信接口模块，其特征在于，包括：

数据处理接口，用于和高速通信数据节点设备进行数据交互；

处理模块，包括用于将待发送的用户数据经过编码调制成波形数据的OFDM编码模块，以及用于将采集到的波形数据调制解码成所传递的用户数据的OFDM解码模块；

模拟前端，用于进行信号处理以及与1553B总线、1553B节点设备的通信；

其中，所述的数据处理接口、处理模块以及模拟前端依次连接。

2.如权利要求1所述的高速1553B总线通信接口模块，其特征在于，所述的数据处理接口采用PCI标准协议接口，或采用PCIE标准协议接口。

3.如权利要求1所述的高速1553B总线通信接口模块，其特征在于，所述的处理模块还包括用于缓存和管理数据处理接口与OFDM编码模块、OFDM解码模块之间的数据，以及调整数据速率和收发数据控制管理的用户数据缓存模块。

4.如权利要求1所述的高速1553B总线通信接口模块，其特征在于，所述的处理模块中设置有用于配置通信速率和身份ID的配置模块。

5.如权利要求1所述的高速1553B总线通信接口模块，其特征在于，所述的模拟前端包括：

DAC模块，用于将波形数据转换成模拟中频信号；

ADC模块，用于将模拟射频信号进行采样得到波形数据；

射频前端模块，用于对所述的中频信号进行滤波、上变频混频、信号放大、功率放大以及分合路处理得到OFDM载波信号，以及对接收到的OFDM载波信号进行滤波、信号放大、下变频混频处理得到模拟射频信号；

耦合/旁路模块，用于将1553B总线传递的标准1553信号不经任何处理的旁路/转发到1553B节点设备、将经过射频前端模块处理后得到OFDM载波信号耦合到1553B总线上，以及将需要接收的OFDM载波信号解耦合到所述的射频前端模块。

6.如权利要求1所述的高速1553B总线通信接口模块，其特征在于，所述的高速1553B总线通信接口模块还包括：

电源接口，用于通过高速通信数据节点设备为高速1553B总线通信接口模块供电。