本實(shí)用新型具體涉及一種高速數(shù)傳接收機(jī)。

背景技術(shù)：

通信，是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的重要保障，也是現(xiàn)代保證作戰(zhàn)指揮順利達(dá)成的重要手段之一。時(shí)下，人們常用的無(wú)線電通信，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于迅速，而其最大缺點(diǎn)則是保密性差，而且極易受到干擾。

伴隨著激光的產(chǎn)生，一種新穎奇特的通信——激光通信問(wèn)世了。激光通信具有抗干擾能力強(qiáng)、抗截獲能力強(qiáng)、安全保密性好、體積小重量輕功耗低等優(yōu)點(diǎn)，通信的質(zhì)量更高。尤其是近年來(lái)，隨著光導(dǎo)纖維通信的高速發(fā)展，給激光通信帶來(lái)了明媚的春天，成為現(xiàn)代通信的“熱門”領(lǐng)域。激光通信依據(jù)傳輸介質(zhì)的不同，主要分為光纖通信、大氣通信、空間通信和水下通信四類，其中最常見(jiàn)、發(fā)展最成熟的是大氣激光通信和光纖通信。

衛(wèi)星之間激光通信就是將信息電信號(hào)通過(guò)調(diào)制加載在激光上，通信的兩端通過(guò)初定位和調(diào)整，再經(jīng)過(guò)光束的捕獲、瞄準(zhǔn)、跟蹤建立起動(dòng)態(tài)光通信鏈路，然后光再通過(guò)真空或大氣信道傳輸信息。

而現(xiàn)有地面上通用數(shù)據(jù)激光傳輸?shù)牧鞒檀篌w如圖1所示，而現(xiàn)有的數(shù)傳接收機(jī)，其硬件模塊大體如圖2所示：接收機(jī)接收到激光信號(hào)后，通過(guò)電信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后通過(guò)放大器和正交混頻器后分為I支路和Q支路，然后再次通過(guò)放大器放大后進(jìn)入解調(diào)器，通過(guò)均衡器和限幅放大器后，通過(guò)CDR時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)，然后通過(guò)判決器進(jìn)行數(shù)據(jù)判決后，通過(guò)串并轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，然后再通過(guò)并行譯碼器譯碼后通過(guò)PXIe接口對(duì)外發(fā)送。

但是，傳統(tǒng)的接收機(jī)很難適應(yīng)一些存在巨大多普勒頻移的場(chǎng)合，例如小衛(wèi)星之間的激光高速通信，其主要問(wèn)題是：

1）在存在±200MHz比較大的多普勒的情況下，常規(guī)高速接收機(jī)技術(shù)無(wú)法使用；常規(guī)的PLL環(huán)路，很難實(shí)現(xiàn)高達(dá)±200MHz的動(dòng)態(tài)范圍，必須首先將多普勒頻移去掉，才能使用常規(guī)的5Gbps接收機(jī)技術(shù)；

2）超高速ADC功耗太大，散熱將成為巨大的問(wèn)題；

3）位同步環(huán)路十分復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的之一在于提供一種能夠適用于大多普勒頻移情況下，例如小衛(wèi)星之間激光通信情況下，傳輸速率極高的高速數(shù)傳接收機(jī)。

本實(shí)用新型提供的這種高速數(shù)傳接收機(jī)，包括電源模塊，和依次串接的電信號(hào)轉(zhuǎn)換器、第一放大器、正交混頻器、第二放大器和FPGA芯片，還包括一路反饋回路；所述反饋回路采集FPGA的輸入數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)輸出到正交混頻器，從而消除接收信號(hào)中的多普勒頻移。

所述的反饋回路為載波鎖相環(huán)路。

所述的高速數(shù)傳接收機(jī)，具體包括電源模塊，和依次串接的電信號(hào)轉(zhuǎn)換器、第一放大器、正交混頻器、第二放大器和FPGA芯片；高速數(shù)傳接收機(jī)接收的傳輸信號(hào)通過(guò)電信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)正交混頻器后轉(zhuǎn)換為I支路信號(hào)和Q支路信號(hào)，然后通過(guò)FPGA中的GTH模塊中的均衡器均衡后，再通過(guò)限幅放大器放大，再依次進(jìn)行CDR時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)和判決器判決后，再通過(guò)串并轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，再通過(guò)并行譯碼器譯碼后通過(guò)PXIe接口對(duì)外輸出數(shù)據(jù)，在第二放大器和FPGA芯片之間引出反饋信號(hào)，所述引出的反饋信號(hào)通過(guò)載波鎖相環(huán)路產(chǎn)生一路正交本地振蕩信號(hào)并輸入到正交混頻器中，從而與輸入正交混頻器的通過(guò)轉(zhuǎn)化后的含有大多普勒的電信號(hào)進(jìn)行正交混頻，從而消除信號(hào)的多普勒頻移。

所述的通過(guò)載波鎖相環(huán)路產(chǎn)生一路正交本地振蕩信號(hào)，具體為在正交混頻器輸出的I支路和Q支路信號(hào)通過(guò)第二放大器后，從I支路和Q支路各引出一路信號(hào)，依次通過(guò)包絡(luò)檢波器、低通濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再輸入到FPGA中，通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)的數(shù)字鑒頻鑒相器和低通濾波器后輸入到直接頻率合成控制模塊的輸入端，同時(shí)FPGA進(jìn)行多普勒搜索得到初始多普勒信號(hào)并傳輸?shù)街苯宇l率合成控制模塊的另一輸入端，直接頻率合成模塊輸出信號(hào)再通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)輸入到正交調(diào)制器中，同時(shí)FPGA搜索得到的初始多普勒信號(hào)還通過(guò)鎖相環(huán)模塊輸入到正交調(diào)制器當(dāng)中，正交調(diào)制器通過(guò)直接頻率控制模擬量控制信號(hào)和鎖相環(huán)信號(hào)產(chǎn)生消除載波多普勒頻移的本振信號(hào)，并輸入到正交混頻器中。

所述的正交調(diào)制器的調(diào)制方式為正交相移鍵控調(diào)制方式。

所述的FPGA芯片外部進(jìn)行了抗輻射加固處理。

本實(shí)用新型提供的這種高速數(shù)傳接收機(jī)，通過(guò)增加一路反饋性質(zhì)的載波鎖相環(huán)路，產(chǎn)生一路正交本地振蕩信號(hào)并輸入到正交混頻器，從而達(dá)到了可以控制載波的頻率，并去掉多普勒頻移的目的；因此本實(shí)用新型能夠適應(yīng)±200MHz大多普勒頻移，而且數(shù)據(jù)處理速度高（能夠支持10Gbps，甚至更高），而且本實(shí)用新型應(yīng)用的器件少，成本低，充分利用了FPGA的內(nèi)部GTX資源實(shí)現(xiàn)解調(diào)，可以在低SNR下使用，可以使用較復(fù)雜的編碼技術(shù)，而且本振的相位噪聲非常低，響應(yīng)速度快，可以快速準(zhǔn)確跟蹤衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻移；本實(shí)用新型能夠提高的體積和功耗非常有限，極大的降低接收機(jī)的體積和功耗；而且，本實(shí)用新型的高速數(shù)傳接收機(jī)，不僅可以用于激光通信，也可用于微波通信等其他衛(wèi)星-衛(wèi)星通信形式，適用性好。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有的數(shù)據(jù)空間激光傳輸?shù)牧鞒淌疽鈭D。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)傳接收機(jī)的功能模塊圖。

圖3為本實(shí)用新型的高速數(shù)傳接收機(jī)的硬件模塊圖。

圖4為本實(shí)用新型的高速數(shù)傳接收機(jī)的DDS+PLL調(diào)制方式的電路示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖3所示為本實(shí)用新型的高速數(shù)傳接收機(jī)的硬件模塊圖：本實(shí)用新型提供的這種高速數(shù)傳接收機(jī)，在接收傳輸信號(hào)后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)第一放大器后，輸入正交混頻器；正交混頻器的輸出信號(hào)，分別為I支路和Q支路，再通過(guò)第二放大器；此時(shí)本實(shí)用新型的高速數(shù)傳接收機(jī)采樣第二放大器的輸出信號(hào)，通過(guò)載波鎖相環(huán)路產(chǎn)生一個(gè)正交本地振蕩信號(hào)，和輸入的轉(zhuǎn)化后的含有大多普勒的電信號(hào)進(jìn)行正交混頻，從而消除多普勒頻移。所述的載波鎖相環(huán)路，具體為采樣信號(hào)依次通過(guò)包絡(luò)檢波器、低通濾波器（LPF）和雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器（雙通道ADC）后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再輸入到FPGA中；通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)的數(shù)字鑒頻鑒相器（數(shù)字PFD）和低通濾波器（LPF）后輸入到直接頻率合成控制模塊（DDS控制）的輸入端，同時(shí)FPGA進(jìn)行多普勒搜索得到初始多普勒信號(hào)并傳輸?shù)街苯宇l率合成控制模塊的另一輸入端，直接頻率合成模塊輸出信號(hào)再通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)輸入到正交調(diào)制器中，同時(shí)FPGA搜索得到的初始多普勒信號(hào)還通過(guò)鎖相環(huán)模塊（PLL）輸入到正交調(diào)制器當(dāng)中，正交調(diào)制器通過(guò)直接頻率控制模擬量控制信號(hào)和鎖相環(huán)信號(hào)，采用正交相移鍵控調(diào)制方式（QPSK）產(chǎn)生消除載波多普勒頻移的本振信號(hào)，并輸入到正交混頻器中；此時(shí)，接收的傳輸信號(hào)通過(guò)電信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)第一放大器后，輸入正交混頻器，正交混頻器根據(jù)接收的本振信號(hào)對(duì)電信信號(hào)進(jìn)行混頻，然后通過(guò)第二放大器輸入到FPGA中，然后I支路和Q支路的信號(hào)再依次通過(guò)FPGA中GTH模塊中的均很器、限幅放大器、CDR時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)和判決器后，得到輸出信號(hào)，再通過(guò)串并轉(zhuǎn)換和并行譯碼器得到最終的并行數(shù)據(jù)，最后通過(guò)PXIe接口對(duì)外發(fā)送。

所述的載波鎖相環(huán)路的工作原理為：采用DDS+PLL組合技術(shù)，產(chǎn)生一個(gè)正交本地振蕩信號(hào)，和輸入的轉(zhuǎn)化后的含有大多普勒的電信號(hào)進(jìn)行正交混頻，消除多普勒頻移。通過(guò)控制DDS來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)多普勒頻率的精細(xì)反饋控制。正交混頻形成的基帶模擬信號(hào)送入到包絡(luò)檢波器，進(jìn)行檢波后，進(jìn)行低通濾波，送入高速ADC進(jìn)行采樣、鑒相鑒頻器（PFD），再次低通濾波，得到殘留相位差信號(hào)。利用該相位差信號(hào)，推動(dòng)DDS產(chǎn)生新的頻率，去修正本地的載波信號(hào)，直到完全鎖定，從而去掉多普勒頻率，恢復(fù)出I/Q基帶數(shù)據(jù)，供后續(xù)的基帶信號(hào)處理。其中控制模式為直接控制DDS的工作頻率，具有極高的反應(yīng)速度，可以準(zhǔn)確的跟蹤多普勒頻移。

如圖4所示為本實(shí)用新型的高速數(shù)傳接收機(jī)的DDS+PLL調(diào)制方式的電路示意圖：考慮到高達(dá)±200MHz的多普勒頻移，以及需要快速響應(yīng)多普勒頻移，常規(guī)基于PLL的本振信號(hào)源無(wú)法實(shí)現(xiàn)，原因是PLL的反應(yīng)速度太慢。必須采用新方案。目前，采用DDS+PLL組合技術(shù)是最佳的技術(shù)方案。DDS的特點(diǎn)是響應(yīng)速度快，可以達(dá)到ns量級(jí)，但只能支持比較低的工作頻率，最大頻率范圍只能到400MHz。PLL的特點(diǎn)是精度高，相位噪聲小，頻率范圍比較大，可以工作在L/S/C等高頻波段，但反應(yīng)速度非常慢。DDS產(chǎn)生的高動(dòng)態(tài)正交單載波信號(hào)和PLL產(chǎn)生的高精度高頻信號(hào)，進(jìn)行正交混頻，產(chǎn)生新的頻率，消除了兩者的缺點(diǎn)，可以同時(shí)滿足精度和速度的矛盾要求，非常好的解決了對(duì)本振的需求。