RED521 1MRK002003-BA 试想一下，是否有可能使用光纤互联而不是铜线互联，建立多通道微波无线电系统？这种设计的优点包括：

• 通过光纤简化流采样、控制和配置数据，以及参考时钟和同步信号的无线电前端设计和信号分布，并减少线缆的重量
• 在未来的无线电设计中无需进行铜介质的信号布线，提供了更高的架构自由度和灵活性，同时减少了串扰和信道间干扰，从而获得更高的性能
• 光学概念证明可将前端模拟设计与后端数字信号处理分离，预示着由先进电子波束转向引领的增强操作全数字天线时代的到来

本文将详细介绍 Teledyne e2v 公司用于验证光链路假说RED521 1MRK002003-BA 的实验方法，并评估其发展现状。

如今，全球数据中心广泛地使用大量的光链路，因此乍一看这种光纤传输的设想可能不是特别具有创新性。右 边的方框里展示了使用光纤的主要优点。

　　光纤的优点

• 增强性能——没有串扰，EMI 为 0
• 长距离通信 >> 20 m
• 减少重量，提高信号密度

然而，在无线电设计的领域中，我们需要解决一些新的工程挑战。RED521 1MRK002003-BA 需要强调的是，这个方案旨在传输模拟信号环境和数字域的所有信号，因此必须处理低速控制信号和参考时钟分布，最关键的是，必须确保确定性的多通道同步。原因在于，如果要实现理想的电子波束转向，就必须保持信号空间（相位）的信息。

我们将讨论如何高效使用 FPGA 的数字资源实现实验数据编码和解码引擎的高级架构。我们还将详细介绍项目通常会遇到的挑战，以及如何维持系统范围里的确定性。好消息是这个方案已被证明是可行的。读者将深入了解这个 Teledyne e2v 新兴微波软件化能力的重要部分，之前的MWJ1文章首次讨论了这个问题。

1 能否通过光纤实现确定性数字相位阵列控制？, MWJ 2021 年 11 月

　　项目目标

到目前为止，有两个基于铜线的串行接口被用于连接宽带数据转换器和数字信号处理器。它们是行业标准JESD204 链接和 Teledyne e2v 的 无 需 许 可 证 的ESIstream 系统。

尽管光数据链路在现代的全球宽带应用中有广泛的应用，但迄今为止，在无线电前端设计领域中，很少有人努力用它取代传统的铜线设计。这里提出的数字光缆（ODH）项目旨在探索一种光学数据链路桥接的样机的能力和局限性，需保证 4 种系统信号的可靠传输。它们是：

• 参考时钟
• 所有频率小于 100MHz 的单端信号，包括 SPI 和通用 I/O(GPIO)
• 用于实现系统范围确定性采样的专利的同步信号
• 数据转换器的采样数据

在 Teledyne e2v 的数据转换器的领域中，确定性（即抑制不必要的伪随机亚稳态）通过一种被称为同步链的新型方法得以保证。同步链包含一个简单的单沿同步信号的分布和一个同步标志，使庞大的转换器并行系统保持同步。然而，使用铜介质时容易解决的问题，在使用光纤传输时变得更具挑战性。

我们设计了一种基于光纤的实验样机，以评估其作为铜线传输的替代品的适用性，并确定温度和其他环境因素对其性能的影响。

在最初的实验阶段，物理光纤链路的长度是 10 米，使微波射频模拟端和数字处理域分开适当的距离。

　　ODH实现

这个项目开始阶段的主要挑战有两点：

1. 最重要的是保证相对慢速的控制信号的可靠传输
2. 传输无错误的确定性同步信号至多个转换器，保证系统级确定性和同步采样。这一点目前仍在实验中。

先前的光纤链路的方案已支持控制信号和数据的传输。值得注意的是，英国林肯大学的一篇论文描述了一个基于 FPGA 的项目2，可组合 SPI 和 GPIO 数据并通过单一的光纤链路发送。

这篇论文描述了用于扩展传输距离的数据编码的方法，并阐述了面临的挑战。先前的结论是：

• 注意建立可靠的链路同步，需要主参考时钟。
• 编码是成功的关键因素。在所述的例子里，8b/10b编码被证明比其他更简单的编码方案（例如异或（XOR）或格雷码）更合适。
• 最后，如果延迟很重要，例如对于这个实验工作，作者详细说明了如何重新同步链路以补偿已知的系统延迟。