一种VLBI数字基带转换器的阈值计算方法及其FPGA实现

随着电子技术的进步,数字化的设备成为发展的趋势.在VLBI2010中定义了新型VLBI数据终端,新的系统使用数字逻辑电路完成VLBI的数据采集.数字基带转换器(Digital Base Band Converter,DBBC)是VLBI数据终端的核心部件,其功能是将射频接收机输出的宽带模拟中频信号数字化处理后,选取若干频道转换为基频信号.与模拟设备相比,其在带通特性、长基线条纹信噪比性能等方面有很大优势.其中经过基带转换后的信号需要通过自动增益控制(Auto Gain Control,AGC)模块进行阈值比较,得到2 bits量化信号作为输出.目前2 bits数字自动增益控制模块设置阈值的方法是基于传统的自动增益控制方法,即信号通过平方、累加和开方,计算出信号的平均功率,再通过平均功率得到阈值.提出了一种量化闽值计算的新方法,该方法通过统计数字信号各比特位的状态分布,并与原阈值进行比较,从而确定新阈值的相应比特位的值,使经阈值比较后的量化输出符合预定的比例.阈值随每N个输入信号的统计情况进行更新,从而实现2 bits动态量化.这种方法可以避免多位数据的平方、累加和开方的复杂计算,从而减少数字自动增益控制模块的资源占用.通过对其FPGA设计的仿真结果分析,验证了该方法的可行性.对2 bits量化原理及其量化误差分析的关键部分作了论述,并通过MATLAB计算出最佳量化门限和量化状态.     

Mark5B格式器及10G网络传输系统在VLBI中的应用

由于遥远的天体发出的无线电信号极其微弱,信噪比极低,VLBI系统要想得到较高的测量精度,必须尽量加大测量带宽和提高采样位数,但是这样会导致VLBI终端(比如数字基带转换器)产生的观测数据激增。传统的VLBI终端数据传输系统采用VSI接口,数据最高传输速率限制在2 Gbps,且数据记录设备必须采用定制的Mark5B设备,极其不灵活,因此已经不能适应现在VLBI系统的观测需求。为了提高数据传输速率,增加数据记录设备的灵活性,上海天文台新研制的基于多相滤波器组和快速傅里叶变换方式的数字基带转换器的数据传输系统采用了高速灵活的10 G网络接口。10 G网络系统中数据传输采用报文交换方式,因此数据到达接收端的时间不是精确可靠的,这要求数据在进入10 G网络接口之前必须已经具有标准的VLBI数据格式,所以在10 G网络前端设计了Mark5B格式器。详细介绍了基于现场可编程门阵列的Mark5B格式器及10 G网络传输系统的设计原理,并在文章的最后通过三组实验验证了其功能的正确性和性能的稳定性。