超高速數(shù)字信號無線收發(fā)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超高速數(shù)字信號無線收發(fā)器，由發(fā)送端子系統(tǒng)和接收端子系統(tǒng)構(gòu)成，發(fā)送端子系統(tǒng)和接收端子系統(tǒng)通過無線通信連接；發(fā)送端子系統(tǒng)和接收端子系統(tǒng)均由光電轉(zhuǎn)換模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊、FPGA數(shù)字信號處理模塊和無線通信模塊組成。本發(fā)明可以有效的實現(xiàn)具有相對運動設(shè)備的超高速數(shù)字信號無線傳輸，降低設(shè)備間相對運動連接部件所需的加工精度，增強系統(tǒng)可靠性同時可以有效的降低設(shè)備成本。
【專利說明】超高速數(shù)字信號無線收發(fā)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線數(shù)字【技術(shù)領(lǐng)域】，主要涉及一種用于數(shù)字信號傳輸?shù)难b置，特別是涉及一種超高速數(shù)字信號無線收發(fā)器，實現(xiàn)接收與發(fā)射兩端存在相對運動的IGbps以上的光纖數(shù)字信號的非接觸式傳輸。

【背景技術(shù)】
[0002]在醫(yī)療電子設(shè)備中，CT檢測，特別是多層CT檢測得到了廣泛的應(yīng)用，而CT的測試探頭位于轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，顯示存儲設(shè)備位于靜止結(jié)構(gòu)上，兩者存在相對運動，導(dǎo)致大數(shù)據(jù)量的采集數(shù)據(jù)需要通過非接觸方式傳輸。已知的超高速非接觸式數(shù)字傳輸器是采用近場電場耦合或激光傳輸?shù)募夹g(shù)實現(xiàn)IGbps以上的數(shù)字信號傳輸。但是對于近場電場耦合方式傳輸，技術(shù)難度高，設(shè)備加工精度對于系統(tǒng)性能影響較大，激光傳輸技術(shù)對于運動產(chǎn)生的震動噪聲和位移難以控制，對于應(yīng)用在具有相對運動的設(shè)備間實現(xiàn)超高速數(shù)字信號傳輸還存在著成本偏高及系統(tǒng)誤碼率難以滿足要求等缺點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:
為克服近場耦合和激光傳輸原理方案的技術(shù)難度高，載體設(shè)備加工精度高的缺點以降低傳輸系統(tǒng)的成本，本發(fā)明提出了一種基于遠場無線通信原理的超高速數(shù)字信號無線收發(fā)器，可以在10米范圍內(nèi)任意兩點間設(shè)置收發(fā)裝置，在相對運動速度小于10米/秒時可以有效的進行數(shù)據(jù)傳輸，對載體的形狀和加工精度沒有任何要求。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實施的:
一種超高速數(shù)字信號無線收發(fā)器，該收發(fā)器由發(fā)送端子系統(tǒng)和接收端子系統(tǒng)構(gòu)成，其特征在于:發(fā)送端子系統(tǒng)和接收端子系統(tǒng)通過無線通信進行數(shù)據(jù)傳輸；發(fā)送端子系統(tǒng)和接收端子系統(tǒng)均由四個模塊組成，分別為:光電轉(zhuǎn)換模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊、FPGA數(shù)字信號處理模塊和無線通信模塊。
[0005]收發(fā)器以單模光纖(550nm) LC接口，作為與其他設(shè)備的數(shù)據(jù)接口，通過系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整實現(xiàn)195Mbps-l.IGbps速率數(shù)字鏈路的無線傳輸。
[0006]發(fā)送端子系統(tǒng)包括光電轉(zhuǎn)換模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)送端FPGA模塊(3)和無線發(fā)送裝置；光電轉(zhuǎn)換模塊連接串并轉(zhuǎn)換模塊，串并轉(zhuǎn)換模塊連接發(fā)送端FPGA模塊，發(fā)送端FPGA模塊連接無線發(fā)送裝置。
[0007]接收端子系統(tǒng)包括光電轉(zhuǎn)換模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊、接收端FPGA模塊和無線接收裝置；光電轉(zhuǎn)換模塊連接串并轉(zhuǎn)換模塊，串并轉(zhuǎn)換模塊連接接收端FPGA模塊，接收端FPGA模塊連接無線接收裝置。
[0008]收發(fā)器的天線放置在由兩個U型環(huán)構(gòu)成的環(huán)狀封閉區(qū)域內(nèi)，兩個U型環(huán)為金屬固定環(huán)與金屬轉(zhuǎn)動環(huán)，兩者緊密扣在一起形成封閉空間，兩者存在相對運動間隙；接收端子系統(tǒng)設(shè)置在接收裝置放置位置，發(fā)送端子系統(tǒng)設(shè)置在發(fā)送裝置放置位置。
[0009]優(yōu)點和效果:
本發(fā)明在超高速數(shù)字信號系統(tǒng)中，利用遠場無線通信技術(shù)解決信號非接觸式傳輸?shù)男枨螅h場無線通信單元中采用基于多天線及正交頻分復(fù)用技術(shù)構(gòu)建的通信模組，利用FPGA對通信模組基帶信號的處理，實現(xiàn)超高速光纖與無線通信模組的數(shù)據(jù)對接，為改善無線通信模組信道特性引入的誤碼問題，F(xiàn)PGA的基帶數(shù)字信號處理中，相應(yīng)的引入了差錯控制技術(shù)，達到了降低系統(tǒng)誤碼率的目的。
[0010]本發(fā)明可以有效的實現(xiàn)具有相對運動設(shè)備的超高速數(shù)字信號無線傳輸，降低設(shè)備間相對運動連接部件所需的加工精度，增強系統(tǒng)可靠性同時可以有效的降低設(shè)備成本。
[0011]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為U型環(huán)結(jié)構(gòu)及放置示意圖；
圖3為光電轉(zhuǎn)換模塊及串并轉(zhuǎn)換模塊電路圖；
圖4為發(fā)送端FPGA模塊電路圖；
圖5為無線發(fā)送裝置電路圖；
圖6為無線接收裝置電路圖；
圖7為接收端FPGA模塊電路圖。
[0012]【具體實施方式】:
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行具體說明:
本發(fā)明是一種超高速數(shù)字信號無線收發(fā)器，該收發(fā)器由發(fā)送端子系統(tǒng)和接收端子系統(tǒng)構(gòu)成，其特征在于:發(fā)送端子系統(tǒng)和接收端子系統(tǒng)通過無線通信進行數(shù)據(jù)傳輸；發(fā)送端子系統(tǒng)和接收端子系統(tǒng)均由四個模塊組成，分別為:光電轉(zhuǎn)換模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊、FPGA數(shù)字信號處理模塊和無線通信模塊。
[0013]收發(fā)器以單模光纖(550nm) LC接口，作為與其他設(shè)備的數(shù)據(jù)接口，通過系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整實現(xiàn)195Mbps-l.IGbps速率數(shù)字鏈路的無線傳輸。
[0014]發(fā)送端子系統(tǒng)包括光電轉(zhuǎn)換模塊1、串并轉(zhuǎn)換模塊2、發(fā)送端FPGA模塊3和無線發(fā)送裝置4 ;光電轉(zhuǎn)換模塊I連接串并轉(zhuǎn)換模塊2，串并轉(zhuǎn)換模塊2連接發(fā)送端FPGA模塊3，發(fā)送端FPGA模塊3連接無線發(fā)送裝置4。
[0015]接收端子系統(tǒng)包括光電轉(zhuǎn)換模塊1、串并轉(zhuǎn)換模塊2、接收端FPGA模塊6和無線接收裝置5 ;光電轉(zhuǎn)換模塊I連接串并轉(zhuǎn)換模塊2，串并轉(zhuǎn)換模塊2連接接收端FPGA模塊6，接收端FPGA模塊6連接無線接收裝置5。
[0016]如圖2中所示，收發(fā)器的天線放置在由兩個U型環(huán)構(gòu)成的環(huán)狀封閉區(qū)域內(nèi)，兩個U型環(huán)為金屬固定環(huán)7與金屬轉(zhuǎn)動環(huán)8，兩者緊密扣在一起形成封閉空間，兩者存在相對運動間隙；接收端子系統(tǒng)設(shè)置在接收裝置放置位置9，發(fā)送端子系統(tǒng)設(shè)置在發(fā)送裝置放置位置10。
[0017]圖1中I為550nm光電轉(zhuǎn)換模塊，采用Finisar公司的SFP_ FTRJ8519F1MN模塊，2為串并轉(zhuǎn)換模塊，采用sypress公司的sypl5gl010bx芯片，3為發(fā)送端FPGA模塊,4為無線發(fā)送裝置，采用Amimon公司W(wǎng)HD-200T傳送器及Analog Device公司的ADC7511接口轉(zhuǎn)換芯片，5為無線接收裝置，采用Amimon公司W(wǎng)HD-200T接收器及Analog Device公司的ADC7612接口轉(zhuǎn)換芯片，6為接收端FPGA模塊；7為金屬固定環(huán)，8為金屬轉(zhuǎn)動環(huán)，兩者緊密扣在一起形成封閉空間，兩者存在相對運動間隙，9為接收裝置放置位置，10為發(fā)送裝置放置位置。
[0018]本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換模塊I與串并轉(zhuǎn)換模塊2通過兩對差分信號線相連，分別為圖3中的in+ in-和out+ out-。串并轉(zhuǎn)換模塊2與發(fā)送端FPGA模塊3通過圖3中的引腳標號為TXD[0-7]和TXCT[0-1]構(gòu)成10路并行總線進行數(shù)據(jù)交互。發(fā)送端FPGA模塊3與無線發(fā)送裝置4通過圖4中DTX[0-35]，VCLK_TX，DE_TX, HSYNC, VSYNCY引腳與圖5中的無線發(fā)送模塊接口轉(zhuǎn)換ADC7511芯片相連，無線發(fā)送模塊接口轉(zhuǎn)換芯片通過圖5中的TXAC+TXAC- TXAO+ TXAO- TXAl+ TXAl- TXA2+ TXA2-與 WHD-200T 傳送器進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0019]圖6中，無線接收裝置5接收高速無線數(shù)據(jù)，通過引腳TXAC+ TXAC- TXAO+TXAO- TXAl+ TXAl- TXA2+ TXA2-與無線接收接口轉(zhuǎn)換芯片進行數(shù)據(jù)交互，再通過圖6中DRX [0-35]，VCLK_RX, DE_RX, HS_CS_RX, VS_FIELD_RX 弓 I腳與接收端 FPGA模塊 6 相連，接收端FPGA模塊6再通過引腳標號為RXD [0-7]和RXCT [0_1]構(gòu)成10路并行總線與串并轉(zhuǎn)換模塊2)相連，串并轉(zhuǎn)換模塊2再通過兩對差分信號線與光電轉(zhuǎn)換模塊I相連完成數(shù)據(jù)傳遞。
[0020]本發(fā)明工作原理如下:
1、發(fā)送端195M-1.1Gbps光纖數(shù)字信號通過光電轉(zhuǎn)換后得到差分數(shù)字信號，最大1.1Gbps差分數(shù)字信號經(jīng)串并轉(zhuǎn)換模塊處理得到10路19.5M-11Mbps并行信號，再經(jīng)FPGA模塊差錯控制編碼及補位得到10路39.25-165Mbps的并行信號，經(jīng)無線信號傳輸?shù)浇邮斩恕?br> [0021]2、接收端將無線信號轉(zhuǎn)換成10路39.25-165Mbps的并行信號，再經(jīng)去冗余及差錯控制解碼得到10路19.5M-11Mbps并行信號，再經(jīng)串并轉(zhuǎn)換模塊恢復(fù)為195M-1.1Gbps的差分串行信號，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換恢復(fù)為195M-1.1Gbps光纖數(shù)字信號。
[0022]本發(fā)明基帶信號單元的處理器采用了 Xilinx公司XC3S500E數(shù)字信號處理器，可以高速對數(shù)字信號進行處理，針對系統(tǒng)傳輸信號的特性加載數(shù)字信號差錯控制方法，提高傳輸裝置的誤碼率。
[0023]本發(fā)明采用的Turbo碼作為差錯控制手段。
[0024]Turbo碼的應(yīng)用包含3種技術(shù):(I)遞歸系統(tǒng)卷積碼(RSC)作為分量碼，(2)隨機交織器，(3)軟輸出迭代解碼算法。對于Turbo碼的設(shè)計主要集中在算法中成員碼的選擇、交織器的設(shè)計、譯碼算法的設(shè)計、成員碼編碼器歸零處理及停止迭代判據(jù)選擇等。
[0025](I)解碼迭代次數(shù)設(shè)計
通過研究發(fā)現(xiàn)隨著解碼迭代次數(shù)的增加，BER逐漸減小。綜合考慮原始數(shù)據(jù)誤碼率，系統(tǒng)處理延時及糾錯性能，選擇合理的迭代次數(shù)。
[0026](2 )分量編碼RSC設(shè)計
隨著RSC分量編碼器移位寄存器數(shù)量的增加，Turbo碼的糾錯性能也在提高。本發(fā)明采用的生成矩陣傳遞函數(shù)為
[3721]的Turbo碼。
[0027](3)交織器類型，大小和信息序列長度設(shè)計
一般情況下交織器大小和信息序列的分組長度相同，本發(fā)明采用改進型S偽隨機交織器，通過綜合迭代次數(shù)，編碼器類型，原始數(shù)據(jù)誤碼率，系統(tǒng)處理延時及糾錯性能對不同的長度進行分析，設(shè)置合理的交織長度與信息長度，完成糾錯算法設(shè)計。
[0028]通過驗證糾錯算法分析，可將數(shù)據(jù)誤碼率降低6-7個數(shù)量級。
[0029]發(fā)明在工作時需要發(fā)送裝置和接收裝置同時工作，工作過程如下:
1、光纖數(shù)字信號進入到圖1中發(fā)送端光纖收發(fā)模塊，再將進行光電轉(zhuǎn)換后的高速差分數(shù)字信號送入圖1中的串并轉(zhuǎn)換模塊，將高速串行數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成中速并行信號，送入FPGA進行信號調(diào)理，在將處理后的信號送入無線發(fā)送模塊中，實現(xiàn)超高速數(shù)字信號的無線發(fā)送。FPGA的作用是對數(shù)據(jù)進行編碼，實現(xiàn)信號的差錯控制。
[0030]2、在圖1接收裝置中無線接收模塊實現(xiàn)信號接收，并將接收到的信號送入圖1的FPGA中，完成信號的解碼及并行數(shù)據(jù)同步，恢復(fù)的多路并行信號再經(jīng)并串轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成為高速差分數(shù)字信號，再將差分信號送入光纖收發(fā)模塊，實現(xiàn)電信號向光信號的轉(zhuǎn)換。從而實現(xiàn)了超高速光纖信號的非接觸傳遞。
[0031]3、收發(fā)裝置的天線放置在由兩個U型環(huán)構(gòu)成的環(huán)狀封閉區(qū)域內(nèi)，如圖2所示，其中一個固定在靜止結(jié)構(gòu)上的金屬U型環(huán)放置接收裝置，一個安裝在轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)上的金屬U型環(huán)內(nèi)放置發(fā)射裝置，兩個U形環(huán)扣在一起，形成閉合的環(huán)狀封閉區(qū)域，對外電子干擾形成屏蔽。無線信號在封閉區(qū)域內(nèi)傳播可以有效的避免其他設(shè)備的電磁干擾信號對無線通信系統(tǒng)的影響。
【權(quán)利要求】
1.一種超高速數(shù)字信號無線收發(fā)器，該收發(fā)器由發(fā)送端子系統(tǒng)和接收端子系統(tǒng)構(gòu)成，其特征在于:發(fā)送端子系統(tǒng)和接收端子系統(tǒng)通過無線通信進行數(shù)據(jù)傳輸；發(fā)送端子系統(tǒng)和接收端子系統(tǒng)均由四個模塊組成，分別為:光電轉(zhuǎn)換模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊和無線通信模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高速數(shù)字信號無線收發(fā)器，其特征在于:收發(fā)器以單模光纖(55011111) IX接口，作為與其他設(shè)備的數(shù)據(jù)接口，通過系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整實現(xiàn)1951^8-1.16^8速率數(shù)字鏈路的無線傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高速數(shù)字信號無線收發(fā)器，其特征在于:發(fā)送端子系統(tǒng)包括光電轉(zhuǎn)換模塊(1 ?、串并轉(zhuǎn)換模塊(2^發(fā)送端？？以模塊(3)和無線發(fā)送裝置(4)；光電轉(zhuǎn)換模塊(1)連接串并轉(zhuǎn)換模塊(2),串并轉(zhuǎn)換模塊(2)連接發(fā)送端？?以模塊(3),發(fā)送端 模塊(3 )連接無線發(fā)送裝置(4 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高速數(shù)字信號無線收發(fā)器，其特征在于:接收端子系統(tǒng)包括光電轉(zhuǎn)換模塊〔0、串并轉(zhuǎn)換模塊口)、接收端？?以模塊(6)和無線接收裝置(5):光電轉(zhuǎn)換模塊(1)連接串并轉(zhuǎn)換模塊(2),^并轉(zhuǎn)換模塊(2 )連接接收端？？以模塊(6 )，接收端 模塊(6 )連接無線接收裝置0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高速數(shù)字信號無線收發(fā)器，其特征在于:收發(fā)器的天線放置在由兩個I型環(huán)構(gòu)成的環(huán)狀封閉區(qū)域內(nèi)，兩個I型環(huán)為金屬固定環(huán)(7)與金屬轉(zhuǎn)動環(huán)(8),兩者緊密扣在一起形成封閉空間，兩者存在相對運動間隙；接收端子系統(tǒng)設(shè)置在接收裝置放置位置(9),發(fā)送端子系統(tǒng)設(shè)置在發(fā)送裝置放置位置(10 )。
【文檔編號】H04B1/40GK104467906SQ201410719779
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】趙柏山, 李振田, 劉振宇, 唐云雷 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)