信号解调电路以及相干解调器的制作方法

1.本技术属于相干解调器技术领域，尤其涉及一种信号解调电路以及相干解调器。


背景技术：

2.随着卫星技术的不断发展，卫星已经在多个行业、多个领域得到重要的应用，例如卫星通信、卫星导航、卫星遥感、气象预报、卫星电视等。卫星在很多方面有着不可替代的优势，例如在沙漠、海洋中的通信只能依靠卫星，高清电视直播最便宜的方式也是通过卫星。但目前绝大多数卫星是独立的个体，相互之间是没有形成卫星网络。
3.随着需求的不断扩大，星间数据通信、星地超高速率的通信成为必须攻克的难题。为了提高用户体验、满足实际用户大数据通信需求，必须提高通信速率，提高通信速率必须实现超高速解调技术。
4.传统的超高速解调技术通常直接对包括初始载波信号和目标信号的输入信号进行解析并从中提取出目标信号，因此需要采用高采样率的模数转换模块对输入信号进行完整的采样，且对相应的解析装置的数据处理能力的有较高要求，高采样率的模数转换模块同时还具有较高的功耗，对于卫星来说十分不利。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种信号解调电路以及相干解调器，旨在解决传统的超高速解调技术存在的需要采用高采样率的采样模块的问题。
6.本技术实施例的第一方面提供了一种信号解调电路，包括：信号接收模块、转换模块、处理模块和调制模块；所述信号接收模块用于接收外部输入的输入信号，所述输入信号包括目标信号和初始载波信号；所述调制模块分别与所述信号接收模块和所述处理模块连接，所述调制模块被配置为在所述处理模块的控制下向所述信号接收模块输出初始本振信号；所述信号接收模块被配置为将所述初始本振信号与所述输入信号进行混频，以降低所述输入信号中的所述初始载波信号的频率，得到并输出低频载波信号；所述转换模块与所述信号接收模块连接，被配置为对所述低频载波信号进行模数转换，以生成载波反馈信号；所述处理模块还与所述转换模块连接，被配置为根据所述载波反馈信号得到所述低频载波信号的参数，并结合所述初始本振信号的参数生成与所述初始载波信号对应的调制控制信号；所述调制模块还被配置为根据所述调制控制信号生成并向所述信号接收模块输出与所述初始载波信号同频同相的调制信号并停止输出所述初始本振信号；所述信号接收模块还与所述处理模块连接，还被配置为将所述调制信号与所述输入信号进行混频，以除去所述输入信号中的所述初始载波信号，并将剩余的所述目标信号传输至所述处理模块，所述处理模块还被配置为对所述目标信号进行解调，得到目标数字信号。
7.其中一实施例中，所述处理模块包括：分析单元，所述分析单元与所述转换模块连接，被配置为根据所述载波反馈信号得到所述低频载波信号的参数，并结合所述初始本振信号的参数生成与所述初始载波信号对应的调制控制信号。
8.其中一实施例中，所述处理模块还包括：高速接收单元，所述高速接收单元与所述信号接收模块连接，所述高速接收单元被配置为接收并对所述目标信号进行解调，得到所述目标数字信号。
9.其中一实施例中，所述高速接收单元与所述信号接收模块之间还设有第一放大器，所述第一放大器被配置为将接收到的所述目标信号进行整形、放大后传输至所述高速接收单元。
10.其中一实施例中，所述调制模块包括：第一锁相环，所述第一锁相环与所述处理模块连接，被配置为根据所述调制控制信号输出与所述初始载波信号对应的调制时钟信号；调制器，所述调制器分别与所述第一锁相环和所述信号接收模块连接，被配置为根据所述调制时钟信号以及本振信号生成并向所述信号接收模块传输与所述初始载波信号同频同相的所述调制信号。
11.其中一实施例中，所述调制模块还包括第二放大器，所述第二放大器连接在所述第一锁相环和所述调制器之间，被配置为将所述调制时钟信号放大后传输至所述调制器，以使所述调制时钟与所述调制器相匹配。
12.其中一实施例中，所述转换模块包括模数转换单元，所述模数转换单元分别与所述信号接收模块和所述处理模块连接，所述模数转换单元被配置为对接收到的信号进行模数转换，以根据所述低频载波信号生成所述载波反馈信号；第二锁相环，所述第二锁相环分别与所述处理模块和所述模数转换单元连接，所述第二锁相环被配置为向所述模数转换单元提供采样时钟信号。
13.其中一实施例中，所述转换模块还包括：第三放大器，所述第三放大器连接在所述信号接收模块与所述模数转换单元之间，被配置为将接收到的信号进行放大后传输至所述模数转换单元。
14.本技术实施例的第二方面提供了一种相干解调器，包括如上述的信号解调电路，所述信号解调电路的所述信号接收模块包括相干接收器，所述相干接收器通过第一光电转换器与所述转换模块连接，所述相干接收器通过第二光电转换器与所述处理模块连接，所述相干接收器还与所述调制模块连接；所述输入信号和所述调制信号均为光信号，所述第一光电转换器和所述第二光电转换器用于进行信号的光电转换。
15.其中一实施例中，所述信号接收模块还包括：第四放大器，所述第四放大器与所述信号接收模块连接，被配置为接收外部输入的所述输入信号并对所述输入信号进行放大；输入光滤波器，所述输入光滤波器连接在所述第四放大器和所述相干接收器之间，被配置为过滤所述输入信号中的噪声。
16.本技术实施例的第二方面提供了一种相干解调器，包括如上述的信号解调电路，所述信号解调电路的所述信号接收模块包括相干接收器，所述相干接收器通过第一光电转换器与所述转换模块连接，所述相干接收器通过第二光电转换器与所述处理模块连接，所述相干接收器还与所述调制模块连接；所述输入信号和所述调制信号均为光信号，所述第一光电转换器和所述第二光电转换器用于进行信号的光电转换。
17.其中一实施例中，所述信号接收模块还包括：第四放大器，所述第四放大器与所述信号接收模块连接，被配置为接收外部输入的所述输入信号并对所述输入信号进行放大；输入光滤波器，所述输入光滤波器连接在所述第四放大器和所述相干接收器之间，被配置
为过滤所述输入信号中的噪声。
18.本技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本技术先通过将初始本振信号与输入信号进行混频得到低频载波信号，就可以通过低采样率的转换模块和处理模块得到低频载波信号的参数，最终结合低频载波信号的参数和初始本振信号的参数即可得到初始载波信号的参数，并通过调制模块生成与初始载波信号同频同相的调制信号，通过调制信号与输入信号进行混频，以通过相消干涉的方式，直接滤除输入信号中的初始载波信号并得到输入信号中的目标信号。本技术的转换模块只需要对频率较低的低频载波信号进行采样，因此不需要过高的采样率，降低了转换模块的功耗，同时对应的处理模块所需要分析、处理的信号的频率也较低，相应降低了对处理模块的性能要求。
附图说明
19.图1为本技术第一实施例提供的信号解调电路的原理示意图；
20.图2为本技术第一实施例的信号接收模块完成输入信号与初始本振信号混频后输出的信号的时域图；
21.图3为本技术第一实施例的信号接收模块完成输入信号与初始本振信号混频后输出的信号的星座图；
22.图4为本技术第一实施例的目标数字信号的时域图；
23.图5为本技术第一实施例的目标数字信号的星座图；
24.图6为图1所示的信号解调电路中处理模块的示例电路原理图；
25.图7为图1所示的信号解调电路中转换模块的示例电路原理图；
26.图8为图1所示的信号解调电路中调制模块的示例电路原理图；
27.图9为本技术第一实施例提供的信号解调电路的结构示意图；
28.图10为本技术第一实施例的误码率曲线图；
29.图11为本技术第二实施例提供的相干解调器的结构示意图。
30.上述附图说明：100、信号接收模块；110、相干接收器；120、第一光电转换器；130、第二光电转换器；140、第四放大器；150、输入光滤波器；200、转换模块；210、模数转换单元；220、第二锁相环；230、第三放大器；300、处理模块；310、分析单元；320、高速接收单元；330、第一放大器；400、调制模块；410、第一锁相环；420、调制器；430、第二放大器；440、振荡器；450、调制光滤波器。
具体实施方式
31.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
32.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
33.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关
系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
34.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
35.图1示出了本技术第一实施例提供的信号解调电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
36.一种信号解调电路，包括：信号接收模块100、转换模块200、处理模块300和调制模块400。
37.信号接收模块100用于接收外部输入的输入信号，输入信号包括目标信号和初始载波信号。调制模块400分别与信号接收模块100和处理模块300连接，调制模块400被配置为在处理模块300的控制下向信号接收模块100输出初始本振信号。信号接收模块100被配置为在接收到初始本振信号和输入信号之后，将初始本振信号与输入信号进行混频，以降低输入信号中的初始载波信号的频率得到低频载波信号，并同时输出低频载波信号和目标信号。转换模块200与信号接收模块100连接，被配置为对信号接收模块100输出的低频载波信号进行模数转换，以生成载波反馈信号。处理模块300还与转换模块200连接，被配置为根据所述载波反馈信号得到所述低频载波信号的参数，并结合所述初始本振信号的参数生成与所述初始载波信号对应的调制控制信号。调制模块400还被配置为根据调制控制信号生成并向信号接收模块100输出与初始载波信号同频同相的调制信号并停止输出初始本振信号。信号接收模块100还被配置为在接收到调制信号之后，将调制信号与输入信号进行混频，以除去输入信号中的初始载波信号，并将输入信号中剩余的目标信号传输至处理模块300。处理模块300还被配置为对目标信号进行解调，得到目标数字信号。其中，处理模块300可以按照预设的参数控制调制模块400直接生成初始本振信号，初始本振信号的参数可根据实际情况预先设置。
38.需要说明的是，输入信号的频率可以高达几ghz到几十ghz，本实施例先经过初始本振信号与输入信号的混频，将初始载波信号降频为低频载波信号之后，低频载波信号仅为几十mhz到几百mhz，而目标信号的频率仍可高达几ghz到几十ghz，如图2和图3所示，图2为初始本振信号与输入信号的混频之后，信号接收模块100输出的信号的时域图，图3为对应的星座图，此时信号接收模块100输出的信号仅包括目标信号与低频载波信号。由于此时低频载波信号的频率远小于目标信号的频率，因此与传统技术相比，本实施例可通过采样率更低的转换模块200对信号接收模块100输出的目标信号和低频载波信号进行模数转换，通过处理模块300对载波反馈信号进行快速傅里叶变换(fast fourier transform；fft)即可得到低频载波信号的相关参数，包括低频载波信号的频率和相位。处理模块300可以根据低频载波信号的参数并结合原本输出的初始本振信号的参数通过环路跟踪得到初始载波信号的频率和相位，并可以生成与初始载波信号对应的调制控制信号，以用于控制调制模块400生成与初始载波信号同频同相的调制信号，以在信号接收模块100中彻底消去输入信号中的初始载波信号，得到目标信号。本实施例中，调制信号的波形公式为：lo＝sin(2πf θ)，式中，θ为得到的初始载波信号的相位，f为初始载波信号的频率，lo表示为调制信号。
39.与传统的信号解调电路相比，本实施例的低采样率的转换模块200的功耗较低。同时处理模块300也无需对高频率的目标信号和初始载波信号进行分析、拆解，低频率的低频载波信号对处理模块300的数据处理能力的要求也较低。
40.如图6所示，本实施例中，处理模块300包括分析单元310，分析单元310与转换模块200连接，分析单元310被配置为在接收到载波反馈信号之前，控制调制模块400直接输出初始本振信号。分析单元310还被配置为在接收到载波反馈信号之后，根据载波反馈信号得到低频载波信号的参数，例如得到低频载波信号的频率和相位，同时分析单元310还可以根据低频载波信号的频率和相位并结合初始本振信号的频率和相位得到初始载波信号的频率和相位，从而可以生成与初始载波信号对应的调制控制信号。处理模块300还包括高速接收单元320，高速接收单元320与信号接收模块100连接，高速接收单元320被配置为接收并对目标信号进行解调，以得到目标数字信号。
41.具体地，处理模块300可以是现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array；fpga)，高速接收单元320可以是吉比特收发器(gigabit transceiver with low power；gtx/gtp)。与传统的超高速解调技术相比，本实施例的分析单元310和高速接收单元320只需要对接收到的信号进行简单处理，无需通过复杂的分析、大量的运算除去高频率的输入信号中的初始载波信号并提取其中的目标信号，极大减轻了处理模块300的数据处理压力。
42.需要说明的是，信号接收模块100通过转换模块200向分析单元310传输的信号和向高速接收单元320传输的信号相同，在调制信号传输至信号接收模块100之前，信号接收模块100同时向分析单元310和高速接收单元320传输目标信号和低频载波信号，在调制信号传输至信号接收模块100之后，即完成对目标信号的提取之后，信号接收模块100同时向分析单元310和高速接收单元320传输目标信号。
43.如图9所示，本实施例中，高速接收单元320与信号接收模块100之间还设有第一放大器330，第一放大器330被配置为将接收到的目标信号进行整形、放大后传输至高速接收单元320，以提高高速接收单元320对目标信号的识别率和降低高速接收单元320的误码率。具体地，第一放大器330可以是限幅放大器。如图4和图5所示，图4为通过调制信号与输入信号混频且经过第一放大器330放大之后，通过高速接收单元320解调得到的目标数字信号的时域图，图5为对应的星座图。
44.下表是实际的信号功率和误码率统计表：
45.[0046][0047]
通过误码仪对得到的目标数字信号进行检测，可得到上述表格，通过上述表格和图10可知，本实施例的解调损耗在1db左右，说明本实施例的信号解调电路性能优异。
[0048]
如图7所示，本实施例中，调制模块400包括第一锁相环410和调制器420。第一锁相环410与处理模块300(分析单元310)连接，第一锁相环410被配置为在接收到调制控制信号之后，根据调制控制信号输出与初始载波信号对应的调制时钟信号。调制器420分别与第一锁相环410和信号接收模块100连接，被配置为根据调制时钟信号以及振荡信号生成并向信号接收模块100传输与初始载波信号同频同相的调制信号，此时初始本振信号停止输出。调制器420可以是相位调制器(pm调制器)。
[0049]
初始本振信号由处理模块300控制调制模块400直接生成，其具体调制过程与调制信号的调制过程相似。具体地，处理模块300(分析单元310)在接收到载波反馈信号之前，可以根据预设的参数生成初始控制信号，第一锁相环410被配置为在接收到初始控制信号之后，根据初始控制信号输出对应的初始时钟信号，调制器420被配置为根据初始时钟信号以及振荡信号生成并向信号接收模块100传输初始本振信号。
[0050]
如图9所示，本实施例中，调制模块400还包括第二放大器430，第二放大器430连接在第一锁相环410和调制器420之间，被配置为将调制时钟信号放大后传输至调制器420，以使调制时钟信号的功率与调制器420相匹配，避免由于第一锁相环410的输出功率不足，无法驱动调制器420的情况。具体的，第二放大器430可以是射频驱动器。
[0051]
如图8所示，本实施例中，转换模块200包括低采样率的模数转换单元210和第二锁相环220，模数转换单元210分别与信号接收模块100和处理模块300(分析单元310)连接，模数转换单元210被配置为对信号接收模块100输出的信号进行模数转换，以根据其中的低频载波信号生成载波反馈信号。第二锁相环220分别与处理模块300和模数转换单元210连接，第二锁相环220被配置为在处理模块300的控制下向模数转换单元210提供采样时钟信号。具体地，模数转换单元210可以是模拟数字转换器(analog-to-digital converter；adc)。
[0052]
如图9所示，本实施例中，转换模块200还包括第三放大器230，第三放大器230连接在信号接收模块100与模数转换单元210之间，被配置为将接收到的信号进行放大后传输至模数转换单元210。具体地，第三放大器230可以是可编程增益放大器(pmgrammable gain amplifier；pga)。
[0053]
图11示出了本技术第二实施例提供的相干解调器的原理示意图，为了便于说明，
仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
[0054]
一种相干解调器，包括如上述实施例的信号解调电路，信号接收模块100包括相干接收器110，相干接收器110通过第一光电转换器120与转换模块200(第三放大器230)连接，相干接收器110通过第二光电转换器130与处理模块300(分析单元310)连接，相干接收器110还与调制模块400连接，以接收初始本振信号或调制信号。输入信号、初始本振信号和调制信号均为光信号，第一光电转换器120和第二光电转换器130用于进行信号的光电转换。信号接收模块100(相干接收器110)被配置为在接收到初始本振信号时，将初始本振信号与输入信号进行混频得到目标信号和低频载波信号，从而可以通过第一光电转换器120向转换模块200传输目标信号和低频载波信号。相干接收器110还被配置为在接收到调制信号时，将调制信号和输入信号进行混频得到目标信号，可以通过第二光电转换器130将目标信号传输至处理模块300。具体地，相干接收器110可以是90度桥光接器，相干接收器110可以将输入信号与调制信号进行混频，以通过相消干涉(抵消)的方式除去输入信号中与调制信号同频同相的初始载波信号，即可得到目标信号。
[0055]
需要说明的是，相干接收器110可以将混频后得到的信号由单端光信号转换成一对差分光信号，并同时传输至第一光电转换器120和第二光电转换器130。第一光电转换器120和第二光电转换器130均包括一对光电转换芯片，可以将接收到的一对差分光信号转换为一对差分电信号。
[0056]
如图11所示，本实施例中，信号接收模块100还包括第四放大器140和输入光滤波器150。第四放大器140与信号接收模块100连接，被配置为接收外部输入的输入信号并对输入信号进行放大。输入光滤波器150连接在第四放大器140和相干接收器110之间，被配置为过滤输入信号中的噪声。具体地，第四放大器140可以是光纤低噪放大器。
[0057]
如图11所示，本实施例中，调制模块400还包括振荡器440和调制光滤波器450。振荡器440与调制器420连接，以用于生成并向调制器420传输振荡信号。调制光滤波器450连接在调制器420与相干接收器110之间，用于滤除初始本振信号或调制信号中的噪声。具体地，振荡器440可以是本振激光种子源，振荡信号也为光信号。
[0058]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0059]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0060]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应
包含在本技术的保护范围之内。