CN101034944A - 一种多任务多用户无线电监测接收机及监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多任务多用户无线电监测接收机和监测系统，用来解决现有技术不能进行多路窄带信号的同步抽取而不能实现多任务多用户功能的问题。采用如下技术方案：包括PC机和射频前端，其中在所述射频前端与PC机之间连接有信号处理单元，所述信号处理单元为包括数字信号处理器DSP、模数转换器A/D、数字下变频器DDC、缓冲器FIFO；由所述射频前端输入的信号经由模数转换器A/D进行模数转换采样后输出宽带信号，宽带信号输入所述数字下变频器DDC进行窄带信号抽取，再进入缓冲器FIFO缓存后由数字信号处理器DSP进行处理，数字信号处理器DSP处理过的数据再对所述PC输出，同时数字信号处理器DSP控制所述数字下变频器DDC的多路窄带信号的同步抽取。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线电监测接收机及监测系统，尤其是涉及一种多任务多用户无线电监测接收机及监测系统。
背景技术
现有无线电监测接收机主要由天线、射频前端、信号处理模块、PC机及电源构成。射频无线电信号经过天线送入射频前端的RF输入端。在射频前端前经过预选器、射频增益控制电路、三级混频、滤波后，输出第三中频信号给信号处理模块进行采集处理。信号处理模块将模拟信号放大后，通过模数转换电路将数据信号通过DDC抽取窄带信号，然后直接将窄带信号送入缓冲器等待PC机处理。
这种无线电监测接收机面对的问题是不能进行多路窄带信号的同步抽取，是因为PC机的数据处理量过于庞大，这样也就无法实现多任务多用户的功能。
无线电监测系统由无线电监测接收机结合远程控制部分构成。由于上述无线电监测接收机的处理能力比较差，不能实现多任务多用户的功能，故由上述接收机构成的无线电监测系统也不具备多任务多用户的监测功能。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种多任务多用户无线电监测接收机，该监测接收机用来解决上述无线电监测接收机由于不能进行多路窄带信号的同步抽取而不能实现多任务多用户功能的问题。
本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种多任务多用户无线电监测系统，用来解决上述无线电监测系统的接收机部分由于不能进行多路窄带信号的同步抽取而不能实现多任务多用户功能的问题。
为解决上述第一技术问题，本发明采用如下技术方案：一种多任务多用户无线电监测接收机，包括PC机和射频前端，其中在所述射频前端与PC机之间连接有信号处理单元，所述信号处理单元为包括数字信号处理器DSP、模数转换器A/D、数字下变频器DDC、缓冲器FIFO；由所述射频前端输入的信号经由模数转换器A/D进行模数转换采样后输出宽带信号，宽带信号输入所述数字下变频器DDC进行窄带信号抽取，再进入缓冲器FIFO缓存后由数字信号处理器DSP进行处理，数字信号处理器DSP处理过的数据再对所述PC输出，同时数字信号处理器DSP控制所述数字下变频器DDC的多路窄带信号的同步抽取。
上述无线电监测机的优选方案为：所述数字信号处理器DSP通过一PCI桥接芯片与所述PC机连接。
为了解决上述第二个技术问题，本发明公开如下技术方案：一种多任务多用户无线电监测系统，包括无线电监测接收机和远程控制模块，该所述无线电监测接收机包括PC机和射频前端，其中在所述射频前端与PC机之间连接有信号处理单元，所述信号处理单元为包括数字信号处理器DSP、模数转换器A/D、数字下变频器DDC、缓冲器FIFO；由所述射频前端输入的信号经由模数转换器A/D进行模数转换采样后输出宽带信号，宽带信号输入所述数字下变频器DDC进行窄带信号抽取，再进入缓冲器FIFO缓存后由数字信号处理器DSP进行处理，数字信号处理器DSP处理过的数据再对所述PC输出，同时数字信号处理器DSP控制所述数字下变频器DDC的多路窄带信号的同步抽取。
优选地：所述无线电监测系统还包括远程控制电源，所述远程控制电源对所述远程控制模块供电。
本发明的有益效果是：与现有的其他同类监测设备相比较，不仅测量精度、扫描速度有较大的提高，而且功能也更加强大，具有ITU测量、数字信号解调与分析、调制识别、多信道同时解调等其他同类设备不具备的功能，该系统增强了无线电管理部门对数字通信系统的监测能力，是满足现代频谱监测的有力工具，能够满足无线电管理、监测工作的实际需要，可以提高科学技术管理水平，能够加强无线电空中纠察和监督职能；能够提高和完善无线电管理手段，可以有效、合理和经济地利用频谱资源，有效地实现常规监测和联合监测任务，减轻无线电监测人员的工作强度，提高无线电监测人员的管理水平，有效合理地指配和利用频谱资源，满足无线电监测管理部门的需要。系统具有很强的先进性和实用性，可以满足无线电事业的迅速发展需要；设备配套完善，精度高，系统功能齐全，易于操作，可靠稳定。
附图说明
图1是本发明系统结构框图。
图2是本发明射频前端原理框图。
图3是本发明中频信号处理部分的原理框图。
图4是本发明远程控制原理框图。
图5是本发明联网应用原理图。
具体实施方式
本发明提供一种多任务多用户无线电监测接收机及监测系统。
其中，本发明多任务多用户无线电监测接收机加上远程控制功能即成为一个可以远程遥控的本发明多任务多用户无线电监测系统。
本发明多任务多用户无线电监测系统实施例结构如图1所示，主要由PC机(或PC板)、射频前端、信号处理单元、主电源、远程控制模块、远程控制电源、固态继电器和温湿度传感器等构成。其中在射频前端与PC机之间连接有信号处理单元，图1中信号处理单元集成为一个信号处理卡。
1、射频部分，参看图2。
射频无线电信号经过天线开关送入射频前端的RF输入端。其中天线开关为选件，当配置的天线为全频段宽带天线，即频率覆盖范围为20-3000MHz时，不必配置该天线开关，当天线分段时，配置天线开关，接收机工作在不同频段时，通过控制天线开关来切换相应频段的天线，现在一般的VHF/UHF频段的分段监测天线分为2段，20-1300MHz为一段，1300-3000MHz为一段。在射频前段经过预选器、射频增益控制电路、三级混频、滤波后，输出21.4MHz第三中频信号给信号处理卡进行采集处理。三级混频中，第一中频频率IF1＝4GHz，第二中频频率IF2＝70MHz(带宽40MHz)，第三中频频率为21.4MHz(带宽为20MHz/500kHz可开关选择)，射频前端原理框图参看图2。
其中，第三中频(70MHz)也预留为中频输出，可供日后高性能信号处理升级用。
2、中频信号处理部分，参看图3。
中频信号处理部分的组成包括高速A/D芯片、多通道DDC数字下变频芯片、DSP信号处理芯片和PCI桥接芯片和嵌入式PC系统，其中PC以外的部分设计成一块标准的PCI总线信号处理卡，安装与PC的PCI插槽上，与PC共同工作，完成中频信号的处理。
由射频前端输入的信号经由AMP放大后，输入模数转换器A/D进行模数转换采样，输出宽带信号，宽带信号输入数字下变频器DDC进行窄带信号抽取，再进入缓冲器FIFO缓存后由数字信号处理器DSP进行处理，处理过程的数据在DSP的存储器SDRAM内进行数据交换或者将数据存入接在DSP上的FLASH闪存上。数字信号处理器DSP处理过的数据通过PCI桥接芯片对PC机输出，同时数字信号处理器DSP控制数字下变频器DDC的多路窄带信号的同步抽取。
中频模拟信号通过ADC采样后就可以得到数字数据流信号。此时为宽带信号，而实际监测与解调时需要处理窄带信号，所以板卡上采用DDC数字下变频芯片从ADC输出的数据流中提取监测所需的窄带信号，DDC输出的数据经过FIFO缓存后由DSP芯片进行频谱分析、信号解调和数据存储等。DSP通过配置DDC的内部寄存器来完成窄带信号的提取操作。由于DSP芯片没有能与PCI接口兼容的总线，板卡上采用了PCI桥接芯片来实现DSP芯片和计算机的PCI接口连接。
为了降低成本，中频信号的处理全部采用软件无线电技术，信号的频谱分析、语音解调、调制分析、滤波等由DSP中的软件和PC中的软件协同完成，PC中的软件还完成与用户操作的接口。
(1)其中PCI总线信号处理卡的A/D采样：
A/D转换的作用是将模拟信号转换成数字信号，由A/D转换器芯片来实现。根据奈奎斯特采样定理，采样速度fs必须大于信号带宽的BW的两倍，既fs≥BW。这里信号的频率范围为11.4MHz～31.4MHz(中心频率21.4MHz)，所以选择A/D芯片的最高频率必须大于62.8MHz。
A/D转换后的理想信噪比公式为：SNR＝6.02*B+1.76，式中SNR为信噪比，B为A/D转换器的转换位数。如要得到较大的动态范围(＞70db)，就需要选择12bit或以上的A/D转换器，选择14位的A/D，结合采样速度本方案中选择ADI公司生产AD6645。其最高采样率为80Msps，在80Msps采样频率下，信噪比可达72.7dBc，动态范围可达89dBc，而功耗仅为1.5W。
(2)PCI总线信号处理卡的数字下变频器DDC：
A/D采样得到的数据流包含了整个处理带宽(20MHz)内的信息，要从中抽取窄带信号需要采用数字下变频技术。可以采用TI公司的数字下变频芯片GC5016，GC5016有以下特点：
a、提供4路数字下变频通道，各通道之间工作相互独立。可实现4路窄带信号的同步抽取，因此可方便实现多路信号同时解调；
b、能对A/D输出的数字信号进行I/Q解调，直接输出数字I/Q信号；
c、每个通道都带有抽值低通滤波器，能改变系统的数据采样率(数据输出率)和信号带宽，实现任意下变频。
d、GC5016在下变频时提供有Dither(抖动)技术，能大大提高带内信号的动态范围。
(3)PCI总线信号处理卡的DSP数字信号处理器：
由于经过DDC处理后，数据流的速度大为降低，对于后端的信号算法处理只要采用足够快的DSP处理芯片，结合时分多用的原理就可以实现多通道信号的实时“同步”处理。系统中采用TI公司的TMS320C6713B数字信号处理芯TMS320C6713B是高性能浮点DSP芯片，内部工作频率可达200MHz，内部浮点运算可达1200MFLOPS，特别适合于作FFT这类复杂的信号处理运算。
(4)PCI总线信号处理卡的PCI总线接口：
PCI总线即外围部件互连总线，是一种先进的高性能32/64位地址数据复用局部总线，可同时支持多组外围设备，并且不受制于处理器，为中央处理器与高速外围设备提供一座沟通的桥梁，提高数据吞吐量(32位时最大可达132MB/s)，是当今PC领域中流行的总线。但由于PCI总线协议的复杂性，其接口的实现比ISA等总线要困难得多。目前实现PCI接口一般采用专用器件，有效方案分为两种：使用可编程逻辑器件和使用专用总线接口器件。
采用可编程逻辑器件实现PCI接口比较灵活，可以利用的器件也比较多，但这种方法难度较大，设计周期较长。采用专用接口器件虽然不够灵活，但由于其对PCI协议良好的支持，以及提供给设计者的良好接口都大大减少了设计者的工作量。本方案可以采用TI公司专为DSP设计的PCI桥接芯片PCI2040。
(5)嵌入式PC：
嵌入式PC将承担部分信号处理、多任务多用户操作的任务管理以及用户接口等工作，还有与远程控制、GPS时间基准的接口，因此PC主板要求具有多个串口，适用的CPU类型P4或以上系列，系统中采用台湾工控厂商广积科技的一体化嵌入式主板MB850，该主板具有4个RS232串行接口，1个32位PCI插槽，集成100M以太网网卡，适用于P4系列的CPU，体积小巧，非常适合本方案的要求。
系统可选配置：主板：MB850；CPU：P4 2.8GHz；内存：1GB DDR；硬盘：40GB。
3、远程控制部分，参看图4。
远程控制的作用是使接收机能够实现远程电源控制，使接收机可在无人值收的环境中工作，操作员在远程的控制中心可通过网络控制接收机完成监测工作，远程控制内容包括电源控制、机房空调控制、温度湿度监测、供电状态监测以及接收机的工作控制等内容，远程控制功能使系统成为一个可以远程遥控的无线电监测系统。
远程控制部分的供电系统。控制单元使用与接收机供电系统相互独立电源(型号为MEAL WELL公司的D-30A)进行供电，该电源平时属于常供电状态，以使控制单元不间断地供电工作。
该电源提供+5V和+12V两组电源供给控制板，+5V为MCU以及外围电路工作电源，+12V为相关继电器控制、空调检测控制等的工作电源。
远程控制原理描述如下：
远程控制命令从控制中心以TCP/IP打包，通过网络线路传送到本控制系统，然后由TCP/IP转RS232转换器GW21S-256进行解包，获取命令发送到单片机的串行口，由单片机解析后执行。
另外，接收机系统启动后，所有命令也可由接收机系统通过串口发送给单片机执行。
远程电源的控制包括两路，一路为接收机系统的电源开关控制，另一路为供给外部的AC电源控制，该AC电源可以外接其他设备，以实现机房内其他设备的远程电源控制。接收机电源的控制原理为：通过控制接收机系统PC板上的PSON电源开关引脚来实现电源的开关；外部输出AC电源的控制则是通过控制固态继电器来实现。
市电检测：系统实际工作时一般都配置有UPS系统，将220V交流市电送入市电监测接口，系统可以监测到市电是否停电，并可将此状态发送给控制中心。
温度湿度检测：系统可外接温、湿度传感器，可将当前温、湿度值通过网络发送给控制中心。
空调控制：控制中心可通过网络发送空调控制命令，控制机房内空调系统的开启与关闭。
为了使接收机能够实现监测系统化的目标，拿来就能在无人值守的机房内使用，而无须增加额外的远程遥控与网络设备，本发明可以将接收机和远程控制所需的各种部件集成在一个机箱之中，组成了完善的无线电监测系统。联网方式可以是以太网，也可以使用GPRS、CDMA等设备通过RS232串行接口实现。远程控制与联网结构参看图5。
本发明中频信号处理部分的硬件采用成熟的A/D与DSP芯片以及CPLD/FPGA技术，信号处理算法则使用软件无线电技术，随着微电子技术的不断发展，A/D芯片的采样速度已经很容易到几百个Mbps，DSP的工作频率已经超过1GHz，硬件速度已不再是软件无线电技术的瓶颈。采用软件无线电技术的好处是系统易于升级、成本更低。
本发明的配置情况如下参考。
系统组成包括：射频接收前端、中频信号采集与处理卡、嵌入式工业PC主板(带P42.8G以上CPU和1G以上内存)、硬盘、电源、辅助控制模块等。
天线开关：为二选一同轴开关，选件，当所配置的天线分段时，加装该天线开关。
射频接收前端：为Grintek Ewation公司以OEM方式提供的射频接收前端，其接收的是20-3000MHz的射频信号，输出为21.4MHz(BW＝20MHz/500kHz)和70MHz(BW＝40MHz)的中频信号。
信号采集与处理卡：为A/D+DSP卡，PCI总线结构，可以直接安装于带PCI总线的PC上使用，A/D采样频＞65MHz，数据宽度≥14bit，动态范围70dB以上。
嵌入式主板：要求有4个以上串口、1个并口、2个以上USB接口、集成显卡、100M以太网接口、至少一个PCI插槽，推荐台湾广积科技的工业主板：MB-850。
硬盘：使用笔记本电脑硬盘，提高抗震性能。
电源：电源分为主电源和控制电源两部分，控制电源为系统能实现无人值守而设计，在远程无人值守应用时，给远程控制单元长期供电，主电源为PC和射频接收前端的工作电源，系统不工作时处于关闭状态。
远程控制单元：远程可通过网络向该单元发送命令，对系统进行开关机控制、环境温湿度查询、供电状态(是否有市电)查询等。实现远程无人值守控制。
工业PC信号接口如下。交流电源插口：AC220V交流供电，包括电源输入口和电源检测输入口；射频输入接口：2个N型接口；参考频率输入：1个SMA接口；GPS天线接口：1个BNC接口；以太网接口：RJ45接口2个，一个用于远程控制，一个用于监测控制；VGA接口：1个；键盘接口：1个；鼠标接口：1个；RS232串口：2个。
通过控制软件，能实现如下监测功能：
1)具有单频测量功能，测量单个频率点的电平值或场强值；
2)具有ITU测量功能；
3)具有离散扫描功能：对一些不连续的离散分布的频率点进行扫描。并给出被扫描频点的电平值或场强值；
4)具有频段扫描功能：在一定步长下，对给定的一段频率进行扫描，并给出扫描频率点的电平值或场强值；
5)具有中频分析功能：中频显示宽度为中频全景带宽，即从30kHz至20MHz至少7级；
6)具有数字扫描功能：以全景带宽为宽度进行快速频率扫描；
7)具有数字信号分析和调制分析功能；
8)具有语音监听功能。
Claims (4)
1、一种多任务多用户无线电监测接收机，包括PC机和射频前端，其中在所述射频前端与PC机之间连接有信号处理单元，其特征在于：所述信号处理单元为包括数字信号处理器DSP、模数转换器A/D、数字下变频器DDC、缓冲器FIFO；由所述射频前端输入的信号经由模数转换器A/D进行模数转换采样后输出宽带信号，宽带信号输入所述数字下变频器DDC进行窄带信号抽取，再进入缓冲器FIFO缓存后由数字信号处理器DSP进行处理，数字信号处理器DSP处理过的数据再对所述PC输出，同时数字信号处理器DSP控制所述数字下变频器DDC的多路窄带信号的同步抽取。
2、如权利要求1所述的一种多任务多用户无线电监测接收机，其特征在于：所述数字信号处理器DSP通过一PCI桥接芯片与所述PC机连接。
3、一种多任务多用户无线电监测系统，包括无线电监测接收机和远程控制模块，该所述无线电监测接收机包括PC机和射频前端，其中在所述射频前端与PC机之间连接有信号处理单元，其特征在于：所述信号处理单元为包括数字信号处理器DSP、模数转换器A/D、数字下变频器DDC、缓冲器FIFO；由所述射频前端输入的信号经由模数转换器A/D进行模数转换采样后输出宽带信号，宽带信号输入所述数字下变频器DDC进行窄带信号抽取，再进入缓冲器FIFO缓存后由数字信号处理器DSP进行处理，数字信号处理器DSP处理过的数据再对所述PC输出，同时数字信号处理器DSP控制所述数字下变频器DDC的多路窄带信号的同步抽取。
4、根据权利要求3所述的多任务多用户无线电监测系统，其特征在于：所述无线电监测系统还包括远程控制电源，所述远程控制电源对所述远程控制模块供电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20070912 |