CN105099471A - 一种多个稀疏带宽信号处理的方法和数字接收机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多个稀疏带宽信号处理的方法和数字接收机，根据天线子系统输出的稀疏带宽信号的特点，将各信号进行变频，并设置保护带后拼接，得到工作带宽，进一步得到采样带宽，根据实际AD器件的能力，确定采样带宽的中心频率，依据公式得到将各稀疏带宽信号进行变频所需要的点频频率，利用其对各稀疏带宽信号分别依次进行变频、滤波、放大处理后进行信号合路，得到一路带宽为B的采样信号，对所述采样信号进行AD采样和数字信号处理。该技术方案能够瞬时覆盖多个稀疏带宽信号，进行全天时控守，同时实现多个稀疏带宽信号的接收与处理，适合于无线电通信及侦察方面的应用，具有采用最小的装备量实现最大电磁频谱的使用、监测、控制的有益效果。

Description

一种多个稀疏带宽信号处理的方法和数字接收机

技术领域

本发明涉及无线电通信领域，特别涉及一种多个稀疏带宽信号处理的方法和数字接收机。

背景技术

随着信息化战争的发展，战争双方对争夺电磁频谱的使用权和控制权成为电子战的核心。如何采用最小的装备量实现最大电磁频谱的使用、监测、控制，成为取胜电子战的关键。

现有技术对多个稀疏带宽信号的处理，有两种方式：

一种是利用中频数字接收机，对输入信号进行下变频到中频，利用带通采样定理实现中频信号的采集，再进行数字信号处理。然而，在特殊情况下，对于多个带宽信号稀疏地分布在跨度较大的频域，如几百兆赫兹甚至几吉赫兹时，即使中频数字接收机的本振具有很强的调谐能力，仍不能实现多个带宽信号的瞬时覆盖和全天时控守，仅能实现分时覆盖。

另一种是利用多套不具有调谐能力的信道化数字接收机分别对不同带宽信号进行全天时控守，然而此种技术方案的缺点是导致设备量的急剧攀升。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种多个稀疏带宽信号处理的方法和数字接收机。

依据本发明的一个方面，提供了一种多个稀疏带宽信号处理的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，根据天线子系统输出的多个稀疏带宽信号，确定防止各信号之间互相干扰的保护带带宽M_i；

步骤二，根据各稀疏带宽信号带宽B_i，及步骤一得到的各信号之间的保护带带宽M_i，得到所述多个稀疏带宽信号的工作带宽M；

步骤三，根据所述工作带宽M确定所述多个稀疏带宽信号的采样带宽B；

步骤四，根据实际AD器件的能力，确定所述采样带宽B的中心频率f₀；

步骤五，根据公式

$f_i^{\′}=f_0-\frac{B}{2}+M_k+\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}(B_j+M_j)+\frac{B_i}{2},i=\mathrm{1,2},...,n$ 和

f_i ^L＝f_i-f_i′,i＝1,2,…,n

确定各稀疏带宽信号变频所需的点频频率f_i ^L，其中，n为天线子系统输出的稀疏带宽信号的个数，f_i为各稀疏带宽信号在变频前输入的中心频率，f_i′为各稀疏带宽信号经变频后输出的中心频率；

步骤六，根据步骤五得到的各稀疏带宽信号变频所需的点频频率，对各稀疏带宽信号分别依次进行变频、滤波、放大处理后进行信号合路，得到一路带宽为B的采样信号，对所述采样信号进行AD采样和数字信号处理。

可选地，所述方法的步骤二中进一步地，所述多个稀疏带宽信号的工作带宽M具体是利用公式得到。

可选地，所述方法的步骤三中进一步地，所述根据所述工作带宽M确定所述多个稀疏带宽信号的采样带宽B包括：

选择合适的抗混叠滤波器系数r，根据公式

B＝M·r

确定所述多个稀疏带宽信号的采样带宽B。

可选地，所述方法的步骤三中进一步地，所述根据所述工作带宽M确定所述多个稀疏带宽信号的采样带宽B还包括：

根据公式

B＝M+2M_k

得到工作带宽两端的抗混叠带的带宽M_k。

可选地，所述方法的步骤四中进一步地，所述确定所述采样带宽B的中心频率f₀包括：

根据实际AD器件的能力，选择合适的采样频率f_s，须满足f_s≥2B；

根据公式

$f_s=\frac{4f_0}{2m+1}$

得到带通信号的中心频率f₀，其中，m取满足f_s≥2B的最大正整数。

依据本发明的另一方面，提供了一种多个稀疏带宽信号处理的数字接收机，包括：射频前端模块和后端信号处理模块；

所述射频前端模块，用于接收天线子系统输出的多个稀疏带宽信号，并对接收到的各稀疏带宽信号分别依次进行变频、滤波、放大处理后进行信号合路，得到一路带宽采样信号输出给所述后端信号处理模块；

所述后端信号处理模块，用于对所述射频前端模块输出的一路带宽采样信号进行AD采样和数字信号处理。

可选地，所述的数字接收机，进一步地，所述射频前端模块包括：

n个本机振荡器，用于对接收到的n个天线子系统输出的稀疏带宽信号分别进行变频处理；

n个滤波器，用于对变频后的各个信号分别进行滤波处理；

n个放大器，用于对滤波后的各个信号分别进行放大处理；

合路器，用于对多个滤波、放大后的各个信号进行信号合路得到一路采样信号；

所述后端信号处理模块包括：

AD器件，用于将合路后的一路采样信号转为数字信号；

数字处理模块，用于对所述数字信号进行数字处理。

本发明的技术方案，根据天线子系统输出的稀疏带宽信号的特点，将各信号进行变频，并设置保护带后拼接，得到工作带宽，进一步得到采样带宽，根据实际AD器件的能力，确定采样带宽的中心频率，依据公式得到将各稀疏带宽信号进行变频所需要的点频频率，从而利用其对各稀疏带宽信号分别依次进行变频、滤波、放大处理后进行信号合路，得到一路带宽为B的采样信号，对所述采样信号进行AD采样和数字信号处理。该技术方案能够瞬时覆盖多个稀疏带宽信号，进行全天时控守，同时实现多个稀疏带宽信号的接收与处理，适合于无线电通信及侦察方面的应用，相比于现有技术，具有采用最小的装备量实现最大电磁频谱的使用、监测、控制的有益效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为多个稀疏带宽信号在频域上的分布示意图；

图2为本发明实施例提供的一种多个稀疏带宽信号处理的方法的流程图；

图3示出了本发明实施例提供的一种多个稀疏带宽信号中心频率在采样带宽内的分布示意图；

图4为本发明实施例提供的一种多个稀疏带宽信号处理的数字接收机的结构图；

图5为本发明实施例提供的又一种多个稀疏带宽信号处理的数字接收机的结构图；

图6示出了具体实施例中各个带宽、中心频率参数在频域上的关系图；

图7示出了具体实施例中采用Similink仿真程序建立的仿真图；

图8-a、8-b、8-c分别示出了具体实施例中各信号的频谱图；

图9示出了具体实施例中合路信号的频谱图；

图10-a、10-b、10-c分别示出了具体实施例中各信号的QPSK调解星座图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1为多个稀疏带宽信号在频域上的分布示意图，如图1所示，本发明的技术方案所要解决的“多个稀疏带宽信号的瞬时覆盖、全天时控守问题”的具体描述为：通过天线子系统接收到n个稀疏带宽信号，这些带宽信号稀疏的分布在频域上，频率范围固定，但频程跨度很大，各信号中心频率分别为f₁,f₂,…,f_n，带宽分别为B₁,B₂,…,B_n，这些信号无法通过传统的单通道数字接收机瞬时覆盖。

图2为本发明实施例提供的一种多个稀疏带宽信号处理的方法的流程图。如图2所示，该方法包括：

步骤S210，根据天线子系统输出的多个稀疏带宽信号，确定防止各信号之间互相干扰的保护带带宽M_i；

步骤S220，根据各稀疏带宽信号带宽B_i，及步骤S210得到的各信号之间的保护带带宽M_i，得到所述多个稀疏带宽信号的工作带宽M；

多个稀疏带宽信号的工作带宽M具体可以利用公式得到。

步骤S230，根据所述工作带宽M确定所述多个稀疏带宽信号的采样带宽B；

该步骤可以通过公式B＝M·r来确定所述多个稀疏带宽信号的采样带宽B。在此基础上，可以通过公式B＝M+2M_k得到工作带宽两端的抗混叠带的带宽M_k。在工作带宽两端设置抗混叠带，可以防止工作以外的信号对工作带宽内信号的影响。抗混叠带带宽是根据具体需求及抗混叠滤波器的能力而定的。

步骤S240，根据实际AD器件的能力，确定所述采样带宽B的中心频率f₀；

为确定采样带宽B的中心频率f₀，可以根据实际AD器件的能力，选择合适的采样频率f_s(须满足f_s≥2B)，根据公式得到，其中，m取满足f_s≥2B的最大正整数。

当所述步骤S240通过上述方法实现时，可以得到多个稀疏带宽信号中心频率在采样带宽内的分布示意图。

步骤S250，根据公式

$f_i^{\′}=f_0-\frac{B}{2}+M_k+\underset{j=1}{\overset{i-1}{\Σ}}(B_j+M_j)+\frac{B_i}{2},i=1,2,...,n$ 和

f_i ^L＝f_i-f_i′,i＝1,2,…,n

确定各稀疏带宽信号变频所需的点频频率f_i ^L，其中，n为天线子系统输出的稀疏带宽信号的个数，f_i为各稀疏带宽信号在变频前输入的中心频率，f_i′为各稀疏带宽信号经变频后输出的中心频率；

步骤S260，根据步骤S250得到的各稀疏带宽信号变频所需的点频频率，对各稀疏带宽信号分别依次进行变频、滤波、放大处理后进行信号合路，得到一路带宽为B的采样信号，对所述采样信号进行AD采样和数字信号处理。

图3示出了本发明实施例提供的一种多个稀疏带宽信号中心频率在采样带宽内的分布示意图。通过所述方法得到带通信号B的中心频率f₀，各稀疏信号的中心频率在采样带宽内的分布如图3所示。图中，f₁′,f₂′,…,f_n′分别为各稀疏信号的中心频率，结合所述步骤S250，可以表示为：

$f_i^{\′}=f_0-\frac{B}{2}+M_k+\underset{j=1}{\overset{i-1}{\Σ}}(B_j+M_j)+\frac{B_i}{2},i=1,2,...,n$

根据稀疏信号在射频前端输入的中心频率f₁,f₂,…,f_n和输出的中心频率f₁′,f₂′,…,f_n′，可以得到各信号变频所需的点频频率分别为：

f_i ^L＝f_i-f_i′,i＝1,2,…,n，式中，f_i ^L表示各信号变频所需的频率。

图4为本发明实施例提供的一种多个稀疏带宽信号处理的数字接收机的结构图。多个稀疏带宽信号处理的数字接收机400包括：射频前端模块410和后端信号处理模块420。

所述射频前端模块410，用于接收天线子系统输出的多个稀疏带宽信号，并对接收到的各稀疏带宽信号分别依次进行变频、滤波、放大处理后进行信号合路，得到一路带宽采样信号输出给所述后端信号处理模块420；

所述后端信号处理模块420，用于对所述射频前端模块410输出的一路带宽采样信号进行AD采样和数字信号处理。

图5为本发明实施例提供的又一种多个稀疏带宽信号处理的数字接收机的结构图。多个稀疏带宽信号处理的数字接收机500包括：射频前端模块410和后端信号处理模块420，其中，进一步地，所述射频前端模块410包括：n个本机振荡器510，用于对接收到的n个天线子系统输出的稀疏带宽信号分别进行变频处理；

n个滤波器520，用于对变频后的各个信号分别进行滤波处理；

n个放大器530，用于对滤波后的各个信号分别进行放大处理；

合路器540，用于对多个滤波、放大后的各个信号进行信号合路得到一路采样信号；

所述后端信号处理模块420包括：

AD器件550，用于将合路后的一路采样信号转为数字信号；

数字处理模块560，用于对所述数字信号进行数字处理。

结合前文给出的多个稀疏带宽信号处理的方法和数字接收机的实施例，下面将给出所述方法和数字接收机在具体实施例中的应用。

假定从天线接收子系统输出3路信号，这3路信号在频域上稀疏分布(采用传统单通道数字接收机无法实现全天时控守)，各信号中心频率分别为1.5GHz、2.0GHz、2.5GHz，各信号带宽分别为20MHz、40MHz、30MHz，则信号1、2、3可分别表示为：

f₁＝1.5GHz,B₁＝20MHz

f₂＝2.0GHz,B₂＝40MHz

f₃＝2.5GHz,B₃＝30MHz

可令各信号之间的保护带大小相等，都为30MHz，即M₁＝M₂＝30MHz，则数字接收机的工作带宽可表示为：

M＝f₁+f₂+f₃+M₁+M₂＝150MHz

考虑抗混叠滤波器的系数r＝2.0，则可得到采样带宽B为：

B＝M·r＝300MHz

此时M_k＝75MHz，选择采样频率f_s＝600MHz，可满足f_s≥2B的要求，令n＝2，则采样带宽B的中心频率f₀＝750MHz。此时采样带宽的最低频率为600MHz、最高频率为900MHz，选择的AD器件需要满足该工作频率要求。

各稀疏信号在采样带宽B内的中心频率f₁′,f₂′,f₃′，可表示为：

$f_1^{\′}=750-\frac{300}{2}+75+\frac{20}{2}=685MHz$

$f_2^{\′}=750-\frac{300}{2}+75+(20+30)+\frac{40}{2}=745MHz$

$f_3^{\′}=750-\frac{300}{2}+75+(20+40+30+30)+\frac{30}{2}=810MHz$

则，各信号变频所需的点频频率分别为：

f₁ ^L＝f₁-f₁′＝1500-685＝815MHz

f₂ ^L＝f₂-f₂′＝2000-745＝1255MHz

f₃ ^L＝f₃-f₃′＝2500-810＝1690MHz

图6示出了具体实施例中各个带宽、中心频率参数在频域上的关系图。

图7示出了具体实施例中采用Similink仿真程序建立的仿真图。

图7中，信号1的射频频率为1.5GHz，调制方式为QPSK，符号速率为10MSPS；信号2的射频频率为2.0GHz，调制方式为QPSK，符号速率为20MSPS；信号3的射频频率为2.5GHz，调制方式为QPSK，符号速率为15MSPS。

图8-a、8-b、8-c分别示出了具体实施例中各信号的频谱图。图8-a为信号1的频谱、图8-b谱峰为信号2的频谱、图8-c为信号3的频谱

图9示出了具体实施例中合路信号的频谱图。三路信号分别与815MHz本振、1255MHz本振、1690MHz本振混频、下变频后合路，再由AD采样，采样率为600MSPS，左边谱峰为信号1的频谱、中间谱峰为信号2的频谱、右边谱峰为信号3的频谱，三个信号频谱可以完全分开。

图10-a、10-b、10-c分别示出了具体实施例中各信号的QPSK调解星座图。图10-a为信号1的QPSK调解星座图，图10-b为信号2的QPSK调解星座图，图10-c为信号3的QPSK调解星座图。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多个稀疏带宽信号处理的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一，根据天线子系统输出的多个稀疏带宽信号，确定防止各信号之间互相干扰的保护带带宽M_i；

步骤二，根据各稀疏带宽信号带宽B_i，及步骤一得到的各信号之间的保护带带宽M_i，得到所述多个稀疏带宽信号的工作带宽M；

步骤三，根据所述工作带宽M确定所述多个稀疏带宽信号的采样带宽B；

步骤四，根据实际AD器件的能力，确定所述采样带宽B的中心频率f₀；

步骤五，根据公式

$f_i^{\′}=f_0-\frac{B}{2}+M_k+\underset{j=1}{\overset{i-1}{\Σ}}(B_j+M_j)+\frac{B_i}{2},$ i＝1,2,…,n和

f_i ^L＝f_i-f′_i,i＝1,2,…,n

确定各稀疏带宽信号变频所需的点频频率f_i ^L，其中，n为天线子系统输出的稀疏带宽信号的个数，f_i为各稀疏带宽信号在变频前输入的中心频率，f′_i为各稀疏带宽信号经变频后输出的中心频率；

步骤六，根据步骤五得到的各稀疏带宽信号变频所需的点频频率，对各稀疏带宽信号分别依次进行变频、滤波、放大处理后进行信号合路，得到一路带宽为B的采样信号，对所述采样信号进行AD采样和数字信号处理。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法的步骤二中，所述多个稀疏带宽信号的工作带宽M具体是利用公式得到。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法的步骤三中，所述根据所述工作带宽M确定所述多个稀疏带宽信号的采样带宽B包括：

选择合适的抗混叠滤波器系数r，根据公式

B＝M·r

确定所述多个稀疏带宽信号的采样带宽B。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法的步骤三中，所述根据所述工作带宽M确定所述多个稀疏带宽信号的采样带宽B还包括：

根据公式

B＝M+2M_k

得到工作带宽两端的抗混叠带的带宽M_k。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法的步骤四中，所述确定所述采样带宽B的中心频率f₀包括：

根据实际AD器件的能力，选择合适的采样频率f_s，须满足f_s≥2B；

根据公式

$f_s=\frac{4f_0}{2m+1}$

得到带通信号的中心频率f₀，其中，m取满足f_s≥2B的最大正整数。

6.一种多个稀疏带宽信号处理的数字接收机，其特征在于，该数字接收机包括：射频前端模块和后端信号处理模块；

所述射频前端模块，用于接收天线子系统输出的多个稀疏带宽信号，并对接收到的各稀疏带宽信号分别依次进行变频、滤波、放大处理后进行信号合路，得到一路带宽采样信号输出给所述后端信号处理模块；

所述后端信号处理模块，用于对所述射频前端模块输出的一路带宽采样信号进行AD采样和数字信号处理。

7.如权利要求6所述的数字接收机，其特征在于，所述射频前端模块包括：

n个本机振荡器，用于对接收到的n个天线子系统输出的稀疏带宽信号分别进行变频处理；

n个滤波器，用于对变频后的各个信号分别进行滤波处理；

n个放大器，用于对滤波后的各个信号分别进行放大处理；

合路器，用于对多个滤波、放大后的各个信号进行信号合路得到一路采样信号；

所述后端信号处理模块包括：

AD器件，用于将合路后的一路采样信号转为数字信号；

数字处理模块，用于对所述数字信号进行数字处理。

8.如权利要求7所述的数字接收机，其特征在于，所述n个本机振荡器采用如下步骤得到各稀疏带宽信号变频所需的点频频率：

步骤一，根据天线子系统输出的多个稀疏带宽信号，确定防止各信号之间互相干扰的保护带带宽M_i；

步骤二，根据各稀疏带宽信号带宽B_i及各信号之间的保护带带宽M_i，得到所述多个稀疏带宽信号的工作带宽

步骤三，根据所述工作带宽M确定所述多个稀疏带宽信号的采样带宽B；

步骤四，根据实际AD器件的能力，确定所述采样带宽B的中心频率f₀；

步骤五，根据公式

$f_i^{\′}=f_0-\frac{B}{2}+M_k+\underset{j=1}{\overset{i-1}{\Σ}}(B_j+M_j)+\frac{B_i}{2},$ i＝1,2,…,n和

f_i ^L＝f_i-f′_i,i＝1,2,…,n

确定各稀疏带宽信号变频所需的点频频率f_i ^L，其中，f_i为各稀疏带宽信号在变频前输入的中心频率，f′_i为各稀疏带宽信号经变频后输出的中心频率。

9.如权利要求8所述的数字接收机，其特征在于，步骤三中所述根据所述工作带宽M确定所述多个稀疏带宽信号的采样带宽B包括：

选择合适的抗混叠滤波器系数r，根据公式

B＝M·r

确定所述多个稀疏带宽信号的采样带宽B；

以及根据公式

B＝M+2M_k

得到工作带宽两端的抗混叠带的带宽M_k。

10.如权利要求8所述的数字接收机，其特征在于，步骤四中所述确定所述采样带宽B的中心频率f₀包括：

根据实际AD器件的能力，选择合适的采样频率f_s，须满足f_s≥2B；

根据公式

$f_s=\frac{4f_0}{2m+1}$

得到带通信号的中心频率f₀，其中，m取满足f_s≥2B的最大正整数。