申请/专利权人：中科南京移动通信与计算创新研究院

申请日：2018-12-27

公开（公告）日：2024-02-23

公开（公告）号：CN109451367B

主分类号：H04Q1/02

分类号：H04Q1/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.23#授权;2021.08.06#著录事项变更;2019.04.02#实质审查的生效;2019.03.08#公开

摘要：本发明公开了一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，包括设置有CPCI接插件的背板和六块CPCI接口子板，所述CPCI接口子板分别为1号板－6号板并依号码顺序接插在所述背板上，其中1号板为电源转换板，2号板和6号板为数模模数转换预处理板，3号板和5号板为通信信号处理板，4号板为频综时钟板。本发明采用模块化设计，各个所述CPCI接口子板分工明确合理，具有可扩展性、可移植性均较强的优点，并且得益于子板集成模式，整体重量和体积相对于传统的非总线型信号处理平台大大减少。

主权项：1.一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，其特征在于：包括设置有CPCI接插件的背板和六块CPCI接口子板，所述CPCI接口子板分别为1号板－6号板并依号码顺序接插在所述背板上，其中1号板为电源转换板，2号板和6号板为数模模数转换预处理板，3号板和5号板为通信信号处理板，4号板为频综时钟板；1号板分别连接2号板－6号板进行供电，2号板连接3号板，5号板连接6号板，4号板分别连接2号板、3号板、5号板和6号板进行时钟同步，3号板和5号板连接协同信号处理；4号板包括频率综合器件、时钟驱动芯片和测试接口电路，所述频率综合器件连接10MHz基准源作为输入，连接所述时钟驱动芯片作为输出，所述测试接口电路以测控信号作为输入，并连接到所述背板作为输出；2号板、3号板、5号板和6号板均包括内部时钟模块和用于根据需求切换板内工作时钟的时钟切换模块，所述时钟切换模块在所述时钟驱动芯片和内部时钟模块之间切换，其中，所述1号板为其他所述CPCI接口子板提供压差的电源大于或等于5V。

全文数据：一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台技术领域本发明涉及一种卫星通信平台，更具体地，涉及一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台。背景技术传统的非总线型信号处理平台在通用性、可扩展性和可移植性方面较差，并且大多数传统的硬件平台采用电源、频综、信号处理和调制解调系统分离的方式，从而使结构不够紧凑，体积和重量均较大，使用起来不够方便。发明内容为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，具有结构紧凑、通用性、可扩展性、可移植性均较强的优点。本发明解决其问题所采用的技术方案是：一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，包括设置有CPCI接插件的背板和六块CPCI接口子板，所述CPCI接口子板分别为1号板-6号板并依号码顺序接插在所述背板上，其中1号板为电源转换板，2号板和6号板为数模模数转换预处理板，3号板和5号板为通信信号处理板，4号板为频综时钟板；1号板分别连接2号板-6号板进行供电，2号板连接3号板，5号板连接6号板，4号板分别连接2号板、3号板、5号板和6号板进行时钟同步，3号板和5号板连接协同信号处理。进一步，1号板包括电源转换模块、滤波模块和过流保护模块，所述电源转换模块的输入端通过所述滤波模块连接外部直流电源，输出端通过所述过流保护模块连接2号板-6号板。进一步，2号板和6号板的硬件配置相同，均包括有两个FPGA芯片、ADC芯片和DAC芯片，射频输入信号经过所述ADC芯片到达其中一个FPGA芯片，另一个FPGA芯片经过所述DAC芯片输出射频输出信号，两个FPGA芯片互联。进一步，3号板和5号板的硬件配置相同，均包括五个FPGA芯片、串并转换驱动器和对外连接的LAN口，五个FPGA芯片分别为FPGA1-FPGA5，FPGA1连接其他四个FPGA芯片，FPGA2连接FPGA3、FPGA4和FPGA5，FPGA3连接FPGA4和FPGA5，FPGA4连接FPGA5，所述串并转换驱动器和LAN口均连接到FPGA3。进一步，4号板包括频率综合器件、时钟驱动芯片和测试接口电路，所述频率综合器件连接10MHz基准源作为输入，连接所述时钟驱动芯片作为输出，所述测试接口电路以测控信号作为输入，并连接到所述背板作为输出。进一步，2号板、3号板、5号板和6号板均包括内部时钟模块和用于根据需求切换板内工作时钟的时钟切换模块，所述时钟切换模块在所述时钟驱动芯片和内部时钟模块之间切换。进一步，还包括用于加强所述CPCI接口子板的结构的保护框架，所述保护框架为平板状框架，所述CPCI接口子板安装在所述保护框架内，四个侧面设置有露出所述CPCI接口子板的接口的开口。进一步，所述保护框架由铝合金材料制成，所述保护框架的内侧设置有用于固定所述CPCI接口子板的螺钉安装位。进一步，任意两块所述CPCI接口子板互相平行，任意两块所述CPCI接口子板的尺寸相同。进一步，相邻两块所述CPCI接口子板之间的距离大于5cm，且接口的朝向一致。本发明的有益效果是：卫星通信平台由各功能模块构成，将各功能模块集成在所述CPCI接口子板上并按照规定的连接方式固定在具有CPCI接插件的所述背板上，由此搭建起基于CPCI架构的卫星通信平台，本发明采用模块化设计，各个所述CPCI接口子板分工明确合理，具有可扩展性、可移植性均较强的优点，并且得益于子板集成模式，整体重量和体积相对于传统的非总线型信号处理平台大大减少。附图说明下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1是本发明实施例的整体立体架构图；图2是本发明实施例的整体输入输出关系示意图；图3是本发明实施例1号板硬件架构示意图；图4是本发明实施例2号板和6号板硬件架构示意图；图5是本发明实施例3号板和5号板硬件架构示意图；图6是本发明实施例4号板硬件架构示意图；图7是本发明实施例的背板插槽及连接通路示意图；图8是本发明实施例的保护框架结构示意图。具体实施方式参照图1-7，本发明的一个实施例提供了一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，包括设置有CPCI接插件的背板和六块CPCI接口子板，所述CPCI接口子板分别为1号板-6号板并依号码顺序接插在所述背板上，其中1号板为电源转换板，2号板和6号板为数模模数转换预处理板，3号板和5号板为通信信号处理板，4号板为频综时钟板；1号板分别连接2号板-6号板进行供电，2号板连接3号板，5号板连接6号板，4号板分别连接2号板、3号板、5号板和6号板进行时钟同步，3号板和5号板连接协同信号处理。本实施例给出了所述CPCI接口子板接插在所述背板上的连接关系，整体上采用模块化设计，各所述CPCI接口子板分工明确合理，所述频综时钟板用于产生各种所需同步时钟和本振时钟，所述数模模数转换预处理板，也叫调制解调板，用于对基带信号进行正交调制和对1.2GHz载波信号进行模拟正交化解调，所述通信信号处理板采用多颗大容量处理芯片，各个处理芯片具有不同的分工接口并不完全一致，适用于做雷达、卫星通信信号的流水线并行处理，所述电源转换板采用子卡形式设计，与系统有机结合，减少系统尺寸，采用开关电源实现高效的电源转换为各板卡供电，整机平台可以提供4路射频信号数据采集及预处理、信号处理、2路数据模拟播放、电源电平转换、频综和时钟生成等功能。优选地，参照图3，本发明的另一个实施例提供了一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，1号板包括电源转换模块、滤波模块和过流保护模块，所述电源转换模块的输入端通过所述滤波模块连接外部直流电源，输出端通过所述过流保护模块连接2号板-6号板。本实施例的1号板为其他所述CPCI接口子板提供压差≥5V的电源，供电通路经所述背板传输，具体的供电种类、功率和数量根据平台需求确定，因此实际上可以按照其他所述CPCI接口子板的数量和供电需求对1号板进行调整，而在本实施例中，1号板的电压分配如下：12V直流输入，1路+5V和1路-5V均供4号板使用，1路+5V和一路12V供2号板和6号板使用，一路+5V供3号板和5号板使用，上述供电均通过所述背板的CPCI接口传输。优选地，参照图4，本发明的另一个实施例提供了一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，2号板和6号板的硬件配置相同，均包括有两个FPGA芯片、ADC芯片和DAC芯片，射频输入信号经过所述ADC芯片到达其中一个FPGA芯片，另一个FPGA芯片经过所述DAC芯片输出射频输出信号，两个FPGA芯片互联。本实施例中2号板和6号板进行上变频、下变频、AD转换和DA转换等处理，其中所述ADC芯片的数量为四颗，所述DAC芯片的数量为两颗，并且还包括了两个IQ正交调制器和一个IQ解调器，用于对1.2GHz载波信号与基带信号分别进行解调和调制处理，两个FPGA芯片选用Xilinx公司的XCKU085芯片，使用JTAG菊花链方式加载程序，还包括两个射频信号输入口和一个射频信号输出口。优选地，参照图5，本发明的另一个实施例提供了一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，3号板和5号板的硬件配置相同，均包括五个FPGA芯片、串并转换驱动器和对外连接的LAN口，五个FPGA芯片分别为FPGA1-FPGA5，FPGA1连接其他四个FPGA芯片，FPGA2连接FPGA3、FPGA4和FPGA5，FPGA3连接FPGA4和FPGA5，FPGA4连接FPGA5，所述串并转换驱动器和LAN口均连接到FPGA3。本实施例中FPGA1-FPGA5芯片均采用Xilinx公司的XCKU085芯片，主要协同实现信号处理并提供了对外接口。优选地，参照图6，本发明的另一个实施例提供了一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，4号板包括频率综合器件、时钟驱动芯片和测试接口电路，所述频率综合器件连接10MHz基准源作为输入，连接所述时钟驱动芯片作为输出，所述测试接口电路以测控信号作为输入，并连接到所述背板作为输出。本实施例中，4号板为整个平台提供同步工作所需的时钟信号，同时完成平台的对外遥控和遥测信号接口，具体来说包括了6路1.2GHz本振信号输出，16路TTL电平测控信号输入。基于上一实施例，本发明的另一个实施例提供了一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，2号板、3号板、5号板和6号板均包括内部时钟模块和用于根据需求切换板内工作时钟的时钟切换模块，所述时钟切换模块在所述时钟驱动芯片和内部时钟模块之间切换。本实施例给出了所述CPCI接口子板的工作时钟切换方式，所述时钟切换模块可以集成在2号板、3号板、5号板和6号板的内部或者以插件方式外接，所述时钟切换模块类似于单掷双刀开关，可以连接所述时钟驱动芯片和内部时钟模块的其中一个，工程师可以根据需要切换和调试一个合适所述CPCI接口子板的工作时钟。优选地，参照图8，本发明的另一个实施例提供了一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，还包括用于加强所述CPCI接口子板的结构的保护框架，所述保护框架为平板状框架，所述CPCI接口子板安装在所述保护框架内，四个侧面设置有露出所述CPCI接口子板的接口的开口。出于保护所述CPCI接口子板的需要，在所述CPCI接口子板的外部附加所述保护框架，所述保护框架的大体形状与所述CPCI接口子板的形状相似，均为平板状，由于所述CPCI接口子板的一侧边是要接插到所述背板上的，因此所述保护框架对应该侧边是空的，相当该处的所述开口是全开放开口，其他侧边的开口，根据所述CPCI接口子板上的接口来设置；所述保护框架具有较强的力学稳定性，可以有效保护所述CPCI子板，抵抗震动和冲击，适用于如跟随卫星发射时加速度过载、陆上运输过程中的颠簸等情况。基于上一实施例，本发明的另一个实施例提供了一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，所述保护框架由铝合金材料制成，所述保护框架的内侧设置有用于固定所述CPCI接口子板的螺钉安装位。本实施例中对所述保护框架的安装和结构进一步描述，所述CPCI接口子板通过螺钉固定在所述保护框架的内侧，当然所述螺钉安装位是对应所述CPCI接口子板上的穿孔的，另外，所述保护框架采用铝合金材料构成能够进一步减小整个平台的重量，本实施例要求整个平台的重量不超过10kg。优选地，本发明的另一个实施例提供了一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，任意两块所述CPCI接口子板互相平行，任意两块所述CPCI接口子板的尺寸相同，相邻两块所述CPCI接口子板之间的距离大于5cm，且接口的朝向一致。本实施例给出了所述CPCI接口子板的尺寸和接插方式，目的在于保证良好牢固性和散热性的前提下，为频繁插拔接口提供方便，例如将频繁插拔接口统一设计在侧面朝向同一个方向，低频接插件或者SMA设计在所述CPCI接口子板的朝上方向等。参照图1-8，本发明的一个实施例提供了一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，包括设置有CPCI接插件的背板和六块CPCI接口子板，所述CPCI接口子板分别为1号板-6号板并依号码顺序接插在所述背板上，其中1号板为电源转换板，2号板和6号板为数模模数转换预处理板，3号板和5号板为通信信号处理板，4号板为频综时钟板；1号板分别连接2号板-6号板进行供电，2号板连接3号板，5号板连接6号板，4号板分别连接2号板、3号板、5号板和6号板进行时钟同步，3号板和5号板连接协同信号处理，任意两块所述CPCI接口子板互相平行，任意两块所述CPCI接口子板的尺寸相同，相邻两块所述CPCI接口子板之间的距离大于5cm，且接口的朝向一致。本实施例中，由于所述CPCI接口子板的尺寸全部相同，因此要求每块所述CPCI接口子板均具有设备标识，设备标识应包括用于表示该板用途的标志码和用于表示接口类型的标记号。关于所述CPCI接口子板的结构，本实施例规定安装后，朝上的侧边安排低频接插件接口，朝下的侧边为连接到所述背板上的背板插接件接口，侧向的侧边安排SMA接口和外部供电接口。还包括用于加强所述CPCI接口子板的结构的保护框架，所述保护框架为平板状框架，所述CPCI接口子板安装在所述保护框架内，四个侧面设置有露出所述CPCI接口子板的接口的开口，所述保护框架由铝合金材料制成，所述保护框架的内侧设置有用于固定所述CPCI接口子板的螺钉安装位。下面对1号板-6号板按功能进行分别说明：1号板为其他所述CPCI接口子板提供压差≥5V的电源，供电通路经所述背板传输，具体的供电种类、功率和数量根据平台需求确定，结构上包括电源转换模块、滤波模块和过流保护模块，所述电源转换模块的输入端通过所述滤波模块连接外部直流电源，输出端通过所述过流保护模块连接2号板-6号板，在本实施例中，1号板的电压分配如下：12V直流输入，1路+5V和1路-5V均供4号板使用，1路+5V和一路12V供2号板和6号板使用，一路+5V供3号板和5号板使用，上述供电均通过所述背板的CPCI接口传输。2号板和6号板的硬件配置相同，进行上变频、下变频、AD转换和DA转换等处理，均包括有两个FPGA芯片、ADC芯片、DAC芯片、两个IQ正交调制器和一个IQ解调器，此外还包括两个射频信号输入口和一个射频信号输出口，射频输入信号经过所述IQ正交调制器到所述ADC芯片再到其中一个FPGA芯片，另一个FPGA芯片经过所述DAC芯片到所述IQ解调器再输出射频输出信号，两个FPGA芯片选用Xilinx公司的XCKU085芯片并进行线路互联，使用JTAG菊花链方式加载程序。3号板和5号板的硬件配置相同，均包括五个FPGA芯片、串并转换驱动器和对外连接的LAN口，五个FPGA芯片分别为FPGA1-FPGA5，FPGA1连接其他四个FPGA芯片，FPGA2连接FPGA3、FPGA4和FPGA5，FPGA3连接FPGA4和FPGA5，FPGA4连接FPGA5，所述串并转换驱动器和LAN口均连接到FPGA3，FPGA1-FPGA5芯片均采用Xilinx公司的XCKU085芯片，主要协同实现信号处理并提供了对外接口，FPGA1-FPGA5芯片之间的具体连接关系见下表：4号板为整个平台提供同步工作所需的时钟信号，同时完成平台的对外遥控和遥测信号接口，包括频率综合器件、时钟驱动芯片和测试接口电路，所述频率综合器件连接10MHz基准源作为输入，连接所述时钟驱动芯片作为输出，所述测试接口电路以测控信号作为输入，并连接到所述背板作为输出，具体来说4号板包括了6路1.2GHz本振信号输出，16路TTL电平测控信号输入；参照图7，值得注意的是，由于4号板距离除1号板外的其他各板之间的距离并不相同，因此在线路上要注意所述时钟驱动芯片的输出到各板之间的信号线长度需要等长，要求为对内公差±20mil，对间公差±50mil，并且本实施例的所有成对信号均以LDVS电平标准设计，同时每条信号线进行100Ω阻抗匹配。2号板、3号板、5号板和6号板均包括内部时钟模块和用于根据需求切换板内工作时钟的时钟切换模块，所述时钟切换模块在所述时钟驱动芯片和内部时钟模块之间切换。所述时钟切换模块可以集成在2号板、3号板、5号板和6号板的内部或者以插件方式外接，所述时钟切换模块类似于单掷双刀开关，可以连接所述时钟驱动芯片和内部时钟模块的其中一个，工程师可以根据需要切换和调试一个合适所述CPCI接口子板的工作时钟。本发明采用模块化设计，各个所述CPCI接口子板分工明确合理，具有可扩展性、可移植性均较强的优点，并且得益于子板集成模式，整体重量和体积相对于传统的非总线型信号处理平台大大减少。以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

权利要求：1.一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，其特征在于：包括设置有CPCI接插件的背板和六块CPCI接口子板，所述CPCI接口子板分别为1号板－6号板并依号码顺序接插在所述背板上，其中1号板为电源转换板，2号板和6号板为数模模数转换预处理板，3号板和5号板为通信信号处理板，4号板为频综时钟板；1号板分别连接2号板－6号板进行供电，2号板连接3号板，5号板连接6号板，4号板分别连接2号板、3号板、5号板和6号板进行时钟同步，3号板和5号板连接协同信号处理。2.根据权利要求1所述的一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，其特征在于：1号板包括电源转换模块、滤波模块和过流保护模块，所述电源转换模块的输入端通过所述滤波模块连接外部直流电源，输出端通过所述过流保护模块连接2号板－6号板。3.根据权利要求1所述的一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，其特征在于：2号板和6号板的硬件配置相同，均包括有两个FPGA芯片、ADC芯片和DAC芯片，射频输入信号经过所述ADC芯片到达其中一个FPGA芯片，另一个FPGA芯片经过所述DAC芯片输出射频输出信号，两个FPGA芯片互联。4.根据权利要求1所述的一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，其特征在于：3号板和5号板的硬件配置相同，均包括五个FPGA芯片、串并转换驱动器和对外连接的LAN口，五个FPGA芯片分别为FPGA1－FPGA5，FPGA1连接其他四个FPGA芯片，FPGA2连接FPGA3、FPGA4和FPGA5，FPGA3连接FPGA4和FPGA5，FPGA4连接FPGA5，所述串并转换驱动器和LAN口均连接到FPGA3。5.根据权利要求1所述的一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，其特征在于：4号板包括频率综合器件、时钟驱动芯片和测试接口电路，所述频率综合器件连接10MHz基准源作为输入，连接所述时钟驱动芯片作为输出，所述测试接口电路以测控信号作为输入，并连接到所述背板作为输出。6.根据权利要求5所述的一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，其特征在于：2号板、3号板、5号板和6号板均包括内部时钟模块和用于根据需求切换板内工作时钟的时钟切换模块，所述时钟切换模块在所述时钟驱动芯片和内部时钟模块之间切换。7.根据权利要求1所述的一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，其特征在于：还包括用于加强所述CPCI接口子板的结构的保护框架，所述保护框架为平板状框架，所述CPCI接口子板安装在所述保护框架内，四个侧面设置有露出所述CPCI接口子板的接口的开口。8.根据权利要求7所述的一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，其特征在于：所述保护框架由铝合金材料制成，所述保护框架的内侧设置有用于固定所述CPCI接口子板的螺钉安装位。9.根据权利要求1所述的一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，其特征在于：任意两块所述CPCI接口子板互相平行，任意两块所述CPCI接口子板的尺寸相同。10.根据权利要求9所述的一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台，其特征在于：相邻两块所述CPCI接口子板之间的距离大于5cm，且接口的朝向一致。

百度查询： 中科南京移动通信与计算创新研究院 一种基于CPCI架构的卫星通信硬件平台

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD