一种矢量信号产生模块及产生方法技术

本发明专利技术提供一种矢量信号产生模块及产生方法，将部署有GPU显卡的通用计算机计算产生的数字基带信号通过GPU显卡自带的Displayport接口传送至DA信号产生板卡，进行数字上变频和数模转换处理，转换为模拟中频信号输出，产生矢量信号。本发明专利技术通过GPU显卡自带的Displayport接口作为数字矢量信号的传输接口，不需要通过PCIe总线，从而避免了PCIe总线带宽的占用。同时，这种方法也不需要PCIe桥接卡，从而大幅度节省了成本。本发明专利技术降低了CPU+GPU联合计算产生数字矢量信号向DA板卡传输的中间延迟，消除这一传输过程对PCIe资源的消耗，并且能够降低传输成本。

【技术实现步骤摘要】
一种矢量信号产生模块及产生方法
本专利技术属于微波射频信号产生领域，具体涉及一种矢量信号产生模块及产生方法。
技术介绍
在通信、雷达、电子战等领域，微波射频信号的产生是非常重要的一个基础环节。在现代电信技术条件下，基于“软件无线电”的矢量信号产生技术成为了微波射频信号产生的主流方法。矢量信号产生技术的主要原理是：利用高性能数字处理器产生时域数字信号，并把这个数字信号送入数模转换（DA）芯片中，由DA芯片产生低频或中频微波信号。再通过混频器、滤波器等变频模块，将低频或中频信号搬移至所需要的频段上。由于基带信号是在数字域产生的，因此，矢量信号产生技术能够产生各种各样的调制波形，信号生成样式丰富，且可灵活变化。系统设计师们可以根据实际的应用需求，采用矢量信号产生技术，灵活的产生所需要的信号波形。这成为了现代电信技术实现“软件无线电”的重要基石。矢量信号产生技术的关键之一是计算产生数字基带信号的方法。一般而言，有以下几种技术可供选择：a.利用传统CPU计算产生数字基带信号；b.利用专用信号处理芯片DSP计算产生数字基带信号；c.利用现场可编程逻辑芯片FPGA计算产生数字基带信号；d.利用专用芯片计算产生数字基带信号；e.利用CPU+GPU联合，计算产生数字基带信号。现逐一分析。方法a：由于CPU指令集复杂，因此执行信号处理算法效率非常低下。这种方法一般仅适用于离线产生数字基带信号并回放。方法b、c、d：采用DSP、FPGA、专用芯片等来计算产生数字基带信号是一种主流的技术方法。但是采用这一方法成本较高，且需要专业技术背景的开发人员进行专门的开发。通常这种方法多应用于实际产品开发中。对于研究、测试等应用条件下，无法采用这种技术手段进行。方法e：随着GPU技术的发展，采用CPU+GPU联合计算的方式成为快速产生大带宽矢量数字信号的热门方案。由于其部署的便捷性，这种方法可以被广泛的用于科学研究、检验测试等需要快速生成矢量信号的领域中。但是，采用CPU+GPU联合计算产生数字矢量信号如何高效的传输给DA芯片，成为这一技术进一步应用的关键瓶颈。目前的解决方案有以下几种：a.研制带有DA芯片的PCIe板卡，将其直接集成进计算机系统中。CPU+GPU联合计算产生的数字矢量信号通过PCIe总线DMA方式传输进PCIeDA板卡，在PCIeDA板卡上变换为模拟信号输出。这一方法的问题主要有两点：1.PCIe板卡有尺寸限制，在一个计算机系统内又有体积和功耗的限制，这注定了PCIeDA板卡不能设计的很复杂。对于多通道、高采样率的DA芯片，就无法通过这一方法实现。2.这一方法本质上是将CPU+GPU联合计算产生的数字矢量信号通过PCIe总线的DMA方式传输。这在实际上是消耗的PCIe的总线资源，也增加了信号传输链路，提高了信号传输延迟。b.研制专用的PCIe光纤传输板卡，将其直接集成进计算机系统中。CPU+GPU联合计算产生的数字矢量信号通过PCIe总线DMA方式传输进PCIe光纤传输板卡。PCIe光纤传输板卡再将数字信号通过光纤传输至DA板卡上，然后在DA板卡上将数字信号转换为模拟信号输出。这一方法解决了方案a的第一个问题，DA板卡的尺寸、功耗可以不受计算机系统的限制，从而可以实现高带宽、多通道的复杂DA技术。但是方案a的第二个问题依旧存在。而且由于多了光纤链路，致使整个系统的链路环节进一步提升，延迟进一步增加。同时，不管是方案a还是方案b，都是要设计专用板卡。由于高带宽矢量信号产生一般用于科学研究、检验检测领域，因此用户数量较小，难以形成足以降低成本的批量化生产。故而，不管是方案a还是方案b，都具有较高的成本。下面简述两种现行的较为成熟的矢量信号产生方法。1）专用处理方法。如图1所示，专用处理方法产生矢量信号是采用FPGA或DSP或ASIC（或是多种结合），研制专用的处理板卡，进行数字矢量信号的计算与产生。然后将计算好的数字矢量信号通过高速总线发送给DA板卡。通过DA板卡进行后续工作。这种方法最大的问题就是专用处理板卡研制费用高昂，不易升级，使用不灵活，导致矢量信号产生设备研发周期长，不易升级迭代，成本较高。2）GPU计算方法。GPU计算方法采用GPU作为数字矢量信号计算的物理器件。由于GPU通用化程度较高，开发灵活。因此，在科学研究、检验检测领域，应用较为广泛。其主要原理框图如图2所示，在计算机的控制下，GPU计算数字矢量信号，并将数字矢量信号通过PCIeDMA方式直接传送给PCIe桥接卡。PCIe桥接卡将数字矢量信号转发给DA板卡。通过DA板卡进行后续工作。GPU计算方法能够解决专用处理方法开发不灵活，研发周期长，不易升级迭代的问题。但是由于增加PCIe桥接卡，导致信号传输链路较长，延迟较大，占用计算机PCIe总线带宽等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种矢量信号产生模块及产生方法，能够降低CPU+GPU联合计算产生数字矢量信号向DA板卡传输的中间延迟，消除这一传输过程对PCIe资源的消耗，并且能够降低传输成本。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种矢量信号产生模块，包括：部署有GPU显卡的通用计算机，用于计算产生数字基带信号，并将数字基带信号通过GPU显卡自带的Displayport接口传送至DA信号产生板卡；DA信号产生板卡，用于对接收到的数字基带信号进行数字上变频和数模转换处理，转换为模拟中频信号输出，产生矢量信号；参考频率源，用于为DA信号产生板卡提供参考时钟。还包括上变频模块，用于当所需要的矢量信号频率超过DA信号产生板卡直接输出的中频频率范围时，将DA信号产生板卡输出的中频信号频率搬移到所需要的矢量信号频率范围内，此时参考频率源模块还用于为上变频模块提供本振信号。所述DA信号产生板卡包括以下电子元件：DPUFP连接器：通过Displayport电缆与GPU显卡输出接口连接，再将Displayport电缆的信号连接到retimer芯片上；retimer芯片：对接收到的Displayport信号进行调理放大，再将调理放大后的Displayport信号接到FPGA芯片上；FPGA芯片：利用DisplayportIP对接收到的Displayport信号进行协议解析和信号处理，产生DA输出数字信号，然后将DA输出数字信号传送至DA芯片；DA芯片：对接收到的DA输出数字信号进行数模转换，变成模拟信号，并传送至SMA连接器；SMA连接器：将接收到的模拟信号对外输出。所述DPUFP连接器与retimer芯片之间通过4xPCB高速走线连接，retimer芯片与FPGA芯片之间通过4xPCB高速走线连接，FPGA芯片与DA芯片之间通过jesd204bPCB高速走线连接。所述FPGA芯片中布置有以下IP：Video本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矢量信号产生模块，其特征在于，包括：部署有GPU显卡的通用计算机，用于计算产生数字基带信号，并将数字基带信号通过GPU显卡自带的Displayport接口传送至DA信号产生板卡；DA信号产生板卡，用于对接收到的数字基带信号进行数字上变频和数模转换处理，转换为模拟中频信号输出，产生矢量信号；参考频率源，用于为DA信号产生板卡提供参考时钟。/n

【技术特征摘要】
1.一种矢量信号产生模块，其特征在于，包括：部署有GPU显卡的通用计算机，用于计算产生数字基带信号，并将数字基带信号通过GPU显卡自带的Displayport接口传送至DA信号产生板卡；DA信号产生板卡，用于对接收到的数字基带信号进行数字上变频和数模转换处理，转换为模拟中频信号输出，产生矢量信号；参考频率源，用于为DA信号产生板卡提供参考时钟。


2.根据权利要求1所述的矢量信号产生模块，其特征在于：还包括上变频模块，用于当所需要的矢量信号频率超过DA信号产生板卡直接输出的中频频率范围时，将DA信号产生板卡输出的中频信号频率搬移到所需要的矢量信号频率范围内，此时参考频率源模块还用于为上变频模块提供本振信号。


3.根据权利要求1或2所述的矢量信号产生模块，其特征在于：所述DA信号产生板卡包括以下电子元件：
DPUFP连接器：通过Displayport电缆与GPU显卡输出接口连接，再将Displayport电缆的信号连接到retimer芯片上；
retimer芯片：对接收到的Displayport信号进行调理放大，再将调理放大后的Displayport信号接到FPGA芯片上；
FPGA芯片：利用DisplayportIP对接收到的Displayport信号进行协议解析和信号处理，产生DA输出数字信号，然后将DA输出数字信号传送至DA芯片；
DA芯片：对接收到的DA输出数字信号进行数模转换，变成模拟信号，并传送至SMA连接器；
SMA连接器：将接收到的模拟信号对外输出。


4.根据权利要求3所述的矢量信号产生模块，其特征在于：所述DPUFP连接器与retimer芯片之间通过4xPCB高速走线连接，retimer芯片与FPGA芯片之间通过4xPCB高速走线连接，FPGA芯片与DA芯片之间通过jesd204bPCB高速走线连接。


5.根据权利要求3所述的矢量信号产生模块，其特征在于：所述FPGA芯片中布置有以下IP：
VideoPHYIP：将进入FPGA芯片的Displayport信号转换为FPGA内部总线信号；
DisplayportIP：将FPGA内部总线信号转换为AXIS信号；
JESD204BIP：将AXIS信号转换为JESD204B信号输出。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁晟，
申请(专利权)人：江苏信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32