[发明专利]一种基于模块化计算机的射频矢量信号源

说明书

技术领域

本发明是一种应用于通信、电子、微波、航天等领域的电子测量仪器，具体来说，涉及一种基于模块化计算机的射频矢量信号源。

背景技术

信号源是一种基本电子测量仪器，从20世纪中期开始，就有工作于音频的模拟信号发生器问世，早期的信号源功能比较单一，是单纯的模拟仪器，输出的连续波信号频率、功率范围较小，精度也不高。随着射频和微波技术的发展，信号源的输出频率不断扩展，覆盖范围从KHz到MHz，再到数GHz甚至几十GHz，以满足更多的测量需求。由于最近二十多年移动通信产业的迅速发展，覆盖主要移动通信测量频段(0-6GHz)的信号源需求大增。

20世纪90年代，随着移动通信制式从第一代(1G)的模拟时代发展到第二代(2G)数字时代，具有矢量信号输出功能的信号源成为通信测量的主流信号源产品。矢量的极坐标含义是包含幅度和相位，在直角坐标系中表示为两个正交的分量I和Q。随着数字信号处理技术的快速发展，信号源的数字化元部件在硬件系统中所占的比重逐渐增加。由此引起了信号源工作方式的变革，从单纯的模拟信号变频输出，变为由硬件产生数字信号，再经DAC转换为模拟基带信号，最后调制输出。

最近十多年来，全球移动通信已经进入了3G时代，4G的产业化阶段也开始启动，相比以前的通信系统，目前以及未来通信系统的的主要特点是传输速率越来越快，从2G的几百Kbps，到3G时代的Mbps，再到4G的100Gbps，以及未来的Gbps，在信号特性上表现为信号带宽越来越宽。顺应这一趋势，目前矢量信号源都在往宽带方向发展，国际上已有140MHz带宽的矢量信号源产品问世。带宽的提高在技术上带来两个难题，一是射频方面，必须确保在100MHz以上的宽带频率范围内保持良好的失真度，包括幅度和相位的线性化；另一方面体现在数字部分，码片速率在100MHz以上，如果加上内插以及额外开销，数字电路的时钟将达到几百MHz，这对器件性能和设计方案都是严重挑战。

移动通信网络的现状是建设投入巨大、多个运营商共存，这带来的问题就是，目前甚至未来若干年将是多个通信网络并存的局面。另外，除了移动通信，GPS、数字电视等领域的测量需求也日益增加。这一趋势必然要求矢量信号源往多制式方向发展，并具有可扩展性。

传统矢量信号源硬件架构的数字部分包括：数字处理芯片数字信号处理器(英文全称：Digital Signal Processor，文中简称：DSP)或FPGA、中央控制器ARM或单片机，DSP或FPGA负责标准制式的数字信号产生，中央控制器负责调度、控制、接口管理等。这一架构的优点是可以实时产生数字信号，但是如果要产生复杂的通信信号，即使是单制式，所需的硬件资源也会很大，开发和维护的难度也很大，更难支持多制式。针对这一问题，目前国际上主流矢量信号源的应对措施是：在计算机上开发满足某种通信制式的矢量信号波形生成软件，通过信号源的通信接口(例如以太网LAN或USB、GPIB接口)，将其外接计算机，用计算机将信号下载到信号源的存储器中。在计算机上进行通信软件开发，一是降低了开发难度，同时也具有可扩展性。但是，这只是一种改进方案，因为外接的计算机并不是仪器的一部分，严格来说，信号源本身并不具备满足各种通信制式的矢量信号生成功能，它只提供了DAC数模转换和RF频率变换功能，并不是完整的、独立的、具有可扩展性的、通信测量的矢量信号源。用户购买信号源以后，还要再配置一台电脑，并通过网线或USB线等数据线相连，才能实现通信矢量信号源的功能。除了让用户增加额外成本，还存在使用不方便、数据下载速度慢、可靠性差等问题。

解决这一问题的最直接途径是将计算机集成到仪器内部，但是看似简单的思路却面临诸多难题，例如尺寸、电源、接口、功耗等，因此传统矢量信号源仍然采用具有较好嵌入性能的ARM作为控制器。最近几年报道的矢量信号源中已开始配置了ARM处理器，但是主要作为控制器使用，用于调度、控制、接口管理等。ARM在尺寸、功耗方面较有优势，但是整体而言，intel的主流x86或x64加上windows操作系统的软硬件平台，无论在开发难度、成熟度、可维护性、可升级性等方面都是ARM架构所不能替代的。关键一点是，ARM只是处理器，不是计算机。所以，尽管目前国际上主流的矢量信号源产品已经配有ARM，但是它们的矢量信号产生功能任然借助外接的计算机上的软件来完成。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于模块化计算机的射频矢量信号源，以模块化计算机为核心控制与运算单元，不需要外接任何设备，可以产生多制式矢量信号，并且可以不断扩展。