一种多通道相干阵列矢量信号源的制作方法

1.本发明属于测试技术领域，具体涉及一种多通道相干阵列矢量信号源。


背景技术：

2.随着电子技术的发展，多进多出(mimo)技术已经广泛应用于通信、雷达领域，在对现有频谱资源充分利用的基础上，通过利用空间资源，再次提升了频谱使用效率。用于测试的通用矢量信号源通道数较少，通常只有1个或者2个通道，而随着mimo技术的广泛应用，对矢量信号源的通道数也提出了更多的要求。因为通用矢量信号源通道数少，只能测试mimo系统的单个通道，但mimo系统的工作原理需要多通道协同工作，因此通用矢量信号源无法满足测试需求。
3.为了适配mimo系统的测试需求，某些厂商为通用矢量信号源增加了同步功能，并引入外部校准设备，用多台通用矢量信号源和外部校准设备，搭建出相干阵列矢量信号源。通过这种方法构建出来的相干阵列矢量信号源，有如下情况：
4.系统搭建困难：多台通用矢量信号源和外部校准设备之间连接电缆较多，经过多个步骤的长时间同步校准操作后，才能使每台通用矢量信号源输出的信号具有同步相干特性；
5.测试系统占用空间太大：单台通用矢量信号源的结构通常按照标准19英寸上架仪表尺寸设计，当需要搭建64通道相干阵列矢量信号源时，需要32台或者64台通用矢量信号源，需要多个机柜才能放置；
6.性价比不高：通用矢量信号源单台价格较高，用多台通用矢量信号源构建多通道相干阵列矢量信号源，构建成本较高。
7.为了解决以上问题，需要发明一种多通道相干阵列矢量信号源，提升性价比，增强集成程度，使用更便捷，但需要解决如下问题：
8.如何将多个通道集成在一台设备中；
9.如何保障多个通道之间的同步相干性能；
10.如何模拟多通道天线阵列接收到的信号特征；
11.如何产生多通道相干大带宽任意波形。


技术实现要素：

12.本发明目的在于提供一种多通道相干阵列矢量信号源，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，。
13.为实现上述目的，本发明的技术方案是：
14.一种多通道相干阵列矢量信号源，包括四台十六通道微波矢量信号源，四台所述十六通道微波矢量信号源构成六十四通道相干阵列矢量信号源；
15.每台十六通道微波矢量信号源基于具有高速数据交换能力和同步特性的无线通信仿真测试仪表开发平台即hbi平台(high-data-rate bus instrument platform)开发而
成。
16.六十四通道相干阵列矢量信号源采用相同的波形发生、载波频率和信号带宽，共享参考信号和触发信号；
17.并且，六十四通道间相位可设置，仿真不同方位角到达来波。
18.进一步的，所述十六通道微波矢量信号源包括机箱、hbi背板、电源、主控板、基带信号激励板、射频信号调理板、上变频板、存储板、采样时钟板；其中，
19.所述机箱用于固定各个载板；
20.所述hbi背板用于为各个载板间建立高速rapidio通道、建立以太网通道、建立24路io控制通道，为各个载板提供触发信号、提供100mhz参考信号；
21.所述电源用于为各个载板提供电源；
22.所述主控板用于设置各个载板工作参数、实时查询各个载板工作状态、配置hbi背板路由表、运行波形文件发生软件；
23.两块所述基带信号激励板用于生成十六路宽带6ghz射频矢量信号；
24.四块所述射频信号调理板用于调理两块基带信号激励板输出的十六路射频矢量信号，对输入的射频信号进行功率调整，滤除谐杂波；每块射频信号调理板处理4路信号；
25.所述上变频板用于将来自于射频信号调理板的四通道射频矢量信号上变频至12ghz频率范围，对输出的射频微波矢量信号进行功率调整，滤除谐杂波；
26.所述存储板通过rapidio x 8总线，为基带信号激励板输出数字iq波形文件；
27.所述采样时钟板为两块基带信号激励板提供12.6ghz采样时钟，为上变频板提供本振信号。
28.进一步的，所述hbi背板具体如下：
29.rapidio交换功能；承载于hbi背板各个载板间具有rapidio x 8高速数据交换功能；
30.以太网交换功能；承载于hbi背板各个载板以及后面板以太网接口间具有千兆以太网数据交换功能；
31.24路io信号交换功能；承载于hbi背板各个载板间具有24路io信号传输功能；
32.提供参考信号；为hbi背板各个载板提供100mhz参考信号；
33.提供触发信号；为hbi背板各个载板提供触发信号；
34.电源功能；hbi背板电源模块通过ac转dc模块，将交流电源转化为直流电源，为hbi背板各个载板提供直流电源；
35.对hbi背板各个载板提供结构固定；
36.hbi背板具有28个穿墙sma接头，每个载板具有两个。
37.进一步的，所述主控板包括com-e核心板、pcie交换芯片、nvme固存存储、usb接口、万兆以太网接口、hdmi显示接口、rapidio接口；
38.nvme固存存储通过pcie交换芯片与com-e核心板连接；
39.com-e核心板还分别与usb接口、万兆以太网接口、hdmi显示接口、pcie转rapidio芯片连接；
40.pcie转rapidio芯片与rapidio接口连接。
41.进一步的，所述基带信号激励板采用标准6u结构；用于完成8通道相干射频信号的
输出；所述基带信号激励板的板卡采用载板和子卡的形式；所述基带信号激励板的载板是信号处理器、数字接口、数据缓存；所述基带信号激励板的子卡是模数转换器部分和时钟部分。
42.进一步的，所述存储板包括信号处理器和nvme硬盘；
43.所述信号处理器：通过背板rapidio x 8实现高速数据的存储和导出，通过背板lan实现与主控板的文件管理，通过nvme协议实现对三个nvme硬盘的读写，通过前面板rapidio x 8实现三个nvme硬盘的导入和导出；
44.所述nvme硬盘采用标准货架产品nvme硬盘，三个nvme硬盘构成一个磁盘阵列。
45.进一步的，所述采样时钟板中，
46.对于基带信号激励板采集时钟，采用高性能集成锁相环产生；通过功分器，分配多路采样时钟至不同的基带信号激励板；
47.对于上变频本振，采用独立vco和锁相环实现8ghz～20ghz频率覆盖，通过分频器和滤波器实现1ghz～20ghz频率覆盖；鉴相器参考频率采用ad9914实现dds，可实现0.1hz频率步进。
48.进一步的，所述上变频板变频方式为：当输出信号为6～12ghz时，基带板产生4.2～5.2ghz中频信号，vco输出10.7～16.7ghz本振信号，并使用5.35～12.8ghz带通滤波器组进行滤波处理。
49.与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
50.本方案其中一个有益效果在于，采用总线架构，按照模块化设计原则，将十六个通道集成在单台仪表中，集成度高，减少了多通道相干阵列矢量信号源的体积，减少了电缆连接数量，同时也降低了构建更大规模多通道相干阵列矢量信号源的难度；
51.本方案其中一个有益效果在于，单台十六通道微波矢量信号源具有同步时钟输入接口、同步时钟输出接口、同步触发输入接口、同步触发输出接口，多台十六通道微波矢量信号源构建多通道相干阵列矢量信号源时，同步时钟与同步触发信号由第一台十六通道微波矢量信号源的同步时钟输出接口和同步触发输出接口输出至第二台十六通道微波矢量信号源的同步时钟输入接口和同步触发输入接口，第二台十六通道微波矢量信号源的同步时钟输出接口和同步触发输出接口输出至第三台十六通道微波矢量信号源的同步时钟输入接口和同步触发输入接口，第三台十六通道微波矢量信号源的同步时钟输出接口和同步触发输出接口输出至第四台十六通道微波矢量信号源的同步时钟输入接口和同步触发输入接口，即各台十六通道微波矢量信号源的同步时钟与同步触发信号采用串行方式级联；单台十六通道微波矢量信号源具有校准信号输出接口和校准信号输入接口，每台十六通道微波矢量信号源的校准信号输出接口均连接至第一台十六通道微波矢量信号源的校准信号输入接口，由第一台十六通道微波矢量信号源完成通道间相位一致性测量，将测量结果传递至各台十六通道微波矢量信号源，各台十六通道微波矢量信号源根据测量结果自动调整各个通道输出信号时延，使多个通道之间的同步相干性能得到保障。本方案中，多台十六通道微波矢量信号源之间的连接关系简单清晰，降低了用户的使用难度；
52.本方案其中一个有益效果在于，通道相位调整采用数字处理方式实现，相较模拟器件构建的移相电路，本方案各个通道的相位调整步进更小，能够更精确模拟相控阵天线阵子之间的距离。根据相控阵天线阵子布局计算出各个阵子接收信号的相位差，在多台十
六通道微波矢量信号源相干同步的基础上，设置各个通道的相位差。因为输出信号相位调整步进小、精度高，各个通道之间的相干同步也由自动化校准方法保证，因此确保了本方案可以简单的产生出高质量多通道相干同步信号；
53.本方案其中一个有益效果在于，可以产生较长时间不间断的多通道相干宽带任意波形信号。当前市面相关产品波形数据存储空间较小，用于产生任意波形时，信号持续时间短、带宽窄。本方案采用大容量高速存储板作为任意波形存储介质，每台十六通道微波矢量信号源都具有大容量高速存储板。各个大容量高速存储板中存入相同的任意波形文件，在同步时钟信号和同步触发信号的控制下，各个大容量高速存储板向多个通道提供相同的数据，大容量高速存储板的高速数据读写特性确保了信号带宽，大容量特性确保了信号持续时间，信号处理技术实现了各个通道信号的相干同步和相位控制，为宽带信号多通道阵列接收系统提供了测试技术手段。
附图说明
54.图1为本发明中一个具体实施方式的相干阵列矢量信号生成应用场景构架图。
55.图2为本发明中一个具体实施方式的十六通道微波矢量信号源构架图。
56.图3为本发明中一个具体实施方式的十六通道微波矢量信号源信号流向图。
57.图4为本发明中一个具体实施方式的hbi背板原理框架图。
58.图5为本发明中一个具体实施方式的主控板构架图。
59.图6为本发明中一个具体实施方式的基带信号激励板硬件结构框图。
60.图7为本发明中一个具体实施方式的射频信号调理板原理框架图。
61.图8为本发明中一个具体实施方式的存储板原理框架图。
62.图9为本发明中一个具体实施方式的采用时钟板原理框图。
63.图10为本发明中一个具体实施方式的上变频板原理框图。
具体实施方式
64.下面结合本发明的附图1-附图10，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
65.实施例：
66.如图1所示，提供一种多通道相干阵列矢量信号源，包括四台十六通道微波矢量信号源，四台所述十六通道微波矢量信号源构成六十四通道相干阵列矢量信号源；
67.每台十六通道微波矢量信号源基于具有高速数据交换能力和同步特性的无线通信仿真测试仪表开发平台即hbi平台(high-data-rate bus instrument platform)开发而成。
68.六十四通道相干阵列矢量信号源采用相同的波形发生、载波频率和信号带宽，共享参考信号和触发信号；
69.并且，六十四通道间相位可设置，仿真不同方位角到达来波。
70.如图2所示，所述十六通道微波矢量信号源包括机箱、hbi背板、电源、主控板、基带
信号激励板、射频信号调理板、上变频板、存储板、采样时钟板；其中，
71.所述机箱用于固定各个载板；
72.所述hbi背板用于为各个载板间建立高速rapidio通道、建立以太网通道、建立24路io控制通道，为各个载板提供触发信号、提供100mhz参考信号；
73.所述电源用于为各个载板提供电源；
74.所述主控板用于设置各个载板工作参数、实时查询各个载板工作状态、配置hbi背板路由表、运行波形文件发生软件；
75.两块所述基带信号激励板用于生成十六路宽带6ghz射频矢量信号；
76.四块所述射频信号调理板用于调理两块基带信号激励板输出的十六路射频矢量信号，对输入的射频信号进行功率调整，滤除谐杂波；每块射频信号调理板处理4路信号；
77.所述上变频板用于将来自于射频信号调理板的四通道射频矢量信号上变频至12ghz频率范围，对输出的射频微波矢量信号进行功率调整，滤除谐杂波；
78.所述存储板通过rapidio x 8总线，为基带信号激励板输出数字iq波形文件；
79.所述采样时钟板为两块基带信号激励板提供12.6ghz采样时钟，为上变频板提供本振信号。
80.如图3所示，十六通道微波矢量信号源信号流向包括：
81.波形发生软件生成若干波形输出至存储板或者基带信号激励板板内内存中。
82.两个基带信号激励板生成十六路500mhz～6ghz射频矢量信号。
83.四个射频信号调理板对两个基带信号激励板输出十六路500mhz～6ghz射频矢量信号进行信号调理。
84.上变频板对四路500mhz～6ghz射频矢量信号进行上变频和信号调理，输出四路500mhz～12ghz射频微波矢量信号。
85.如图4所示，hbi背板具有如下功能模块：
86.rapidio交换功能：承载于hbi背板各个载板间具有rapidio x 8高速数据交换功能。
87.以太网交换功能：承载于hbi背板各个载板以及后面板以太网接口间具有千兆以太网数据交换功能。
88.24路io信号交换功能：承载于hbi背板各个载板间具有24路io信号传输功能。
89.提供参考信号：为hbi背板各个载板提供100mhz参考信号。
90.提供触发信号：为hbi背板各个载板提供触发信号。
91.电源：hbi背板电源模块通过ac转dc模块，将交流电源转化为直流电源，为hbi背板各个载板提供直流电源。
92.对hbi背板各个载板提供结构固定。
93.hbi背板具有28个穿墙sma接头，每个载板两个。
94.如图5所示，主控板主要有以下几部分组成：
95.com-e核心板。
96.pcie交换芯片。
97.nvme固存存储。
98.usb接口。
99.万兆以太网接口。
100.hdmi显示接口。
101.rapidio接口。
102.基带信号激励板采用标准6u结构。主要完成8通道相干射频信号的输出。板卡采用载板和子卡的形式进行设计。载板主要是信号处理器，以及数字接口和数据缓存。子卡主要是模数转换器(dac)部分和时钟部分。此种设计保证了数字部分和模拟部分的相对独立，减少数字部分信号对模拟部分的影响，保证射频信号的性能。
103.基带信号激励板采用6u板卡尺寸结构，主要基于fpga与高速数模转换器设计。如图6所示。
104.主要有以下部分组成：
105.信号处理fpga：选择inter stratix10系列fpga，主要功能——
106.高速dac 204b接口驱动；
107.数字信号处理；
108.ddr4内存驱动；
109.以太网接口驱动；
110.rapidio接口驱动。
111.1块八通道高速dac fmc子卡
112.8通道数模转换。
113.2组4gb ddr3内存
114.数字信号进行缓存。
115.以太网接口
116.板卡控制管理接口。
117.高速收发器接口。
118.如图7所示，射频信号调理板对基带信号激励板输出的射频矢量信号进行射频信号调理。每个射频信号调理板包括：
119.6.2ghz低通滤波器，滤除基带信号激励板馈通的采样时钟信号。
120.增益放大基带信号激励板输出射频矢量信号。
121.可调衰减器：对宽带射频矢量信号进行功率调节。
122.如图8所示，存储板由两个部分组成
123.信号处理器：采用xilinx公司的v7作为信号处理器，具有如下功能——
124.通过背板rapidio x 8实现高速数据的存储和导出。
125.通过背板lan实现与主控板的文件管理。
126.通过nvme协议，实现对三个nvme硬盘的读写。
127.可通过前面板rapidio x 8实现三个nvme硬盘的导入和导出。
128.nvme硬盘：采用标准货架产品nvme硬盘，三个nvme硬盘构成一个磁盘阵列。
129.图9为采样时钟板原理框图。
130.对于基带信号激励板采集时钟，系统采用高性能集成锁相环产生。通过功分器，分配多路采样时钟至不同的基带信号激励板。
131.对于上变频本振，系统采用独立vco和锁相环实现8ghz～20ghz频率覆盖，通过分
频器和滤波器实现1ghz～20ghz频率覆盖。此外，鉴相器参考频率采用ad9914实现dds，可实现0.1hz频率步进。
132.为了产生系统所需的采用时钟，采用高性能锁相环lmx2595，该芯片内部集成了高性能锁相环以及vco，输出具有可调分频器，输出频段10mhz～19ghz。
133.如图10所示，上变频板由如下几个部分组成：
134.射频功率调节以及射频滤波。
135.变频通道：具有如下两个通道——
136.不做变频，直接射频调理500mhz～6ghz射频矢量信号。
137.上变频，将中频信号上变频至6ghz～12ghz微波矢量信号。并通过可调带通滤波器实现杂波和谐波抑制。
138.数控衰减器实现大动态范围功率调整。
139.由于基带板只能输出500mhz～6000mhz，6～12ghz频段信号只能使用上变频方式将500～6000mhz信号进行上变频处理，并在上变频后使用带通滤波器组对信号进行滤波处理，滤除中频信号、本振信号，得到频谱纯净的6～12ghz射频信号。
140.具体变频方式为：当输出信号为6～12ghz时，基带板产生4.2～5.2ghz中频信号，vco输出10.7～16.7ghz本振信号，并使用5.35～12.8ghz带通滤波器组进行滤波处理。
141.以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。