CN107040324A - 一种车载网平台上的认知无线电感知终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载网平台上的认知无线电感知终端，射频接收天线接收空中信号并转换为模拟射频信号发送给所述射频接收处理模块进行处理为带通信号，A/D带通采样模块过滤数字带通信号并输出一定频段的数字带通信号，FPGA数据处理模块将一定频段的数字带通信号进行分段处理变频并通过低通滤波为一定信道带宽的数字带通信号，一定信道带宽的数字带通信号通过PXI接口模块传输到所述上位机，时钟管理模块分别为A/D带通采样模块、FPGA数据处理模块、PXI接口模块同步时序，电源电路模块与射频接收处理模块、A/D带通采样模块、FPGA数据处理模块、PXI接口模块分别相连，本发明能够有效提高频谱资源的合理利用。

Description

一种车载网平台上的认知无线电感知终端

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种车载网平台上的认知无线电感知终端。

背景技术

近年来，随着无线通信业务的持续增长，频谱资源稀缺成为一个难以回避的问题,无线通信的发展面临着前所未有的挑战。然而,频谱资源并不是真的稀缺。如今的无线电频谱资源一般是由政府统一授权分配使用，这种固定的频谱分配管理方式常常会造成问题。例如某些授权频段已被某些应用所占用但却未被使用；而另一些频段则使用过于密集。认知无线电技术中的动态频谱接入技术有效地缓解了这一问题。它通过感知时域、频域、空间域、码域的频谱环境，自动搜寻已授权频段的空闲频谱并动态接入使用进行通信，达到提高现有频谱利用率的目的。基于此，现研究一种车载网平台上的认知无线电感知终端，提高了频谱资源的合理利用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种车载网平台上的认知无线电感知终端。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种车载网平台上的认知无线电感知终端，包括射频接收天线、射频接收处理模块、A/D带通采样模块、FPGA数据处理模块、PXI接口模块、上位机、电源电路模块与时钟管理模块，所述射频接收天线接收空中信号并转换为模拟射频信号发送给所述射频接收处理模块进行处理为带通信号，所述A/D带通采样模块过滤数字带通信号并输出一定频段的数字带通信号，所述FPGA数据处理模块将一定频段的数字带通信号进行分段处理变频并通过低通滤波为一定信道带宽的数字带通信号，所述一定信道带宽的数字带通信号通过PXI接口模块传输到所述上位机，所述时钟管理模块分别为A/D带通采样模块、FPGA数据处理模块、PXI接口模块同步时序，所述电源电路模块与射频接收处理模块、A/D带通采样模块、FPGA数据处理模块、PXI接口模块分别相连。

作为本发明的优选方式之一，所述射频接收处理模块包括带通滤波电路、一级低噪放电路、SAW滤波电路、二级低噪放电路、一级增益放大电路和二级增益放大电路，所述带通滤波电路、一级低噪放电路、SAW滤波电路、二级低噪放电路、一级增益放大电路和二级增益放大电路依次相连。

作为本发明的优选方式之一，所述带通滤波电路包括从信号输入端依次串联连接的屏蔽线P101、电容C104、电感L104、电容C105、电感L196，所述电感L104与电容C105之间还依次与电感L105与电感L195的一端相连，所述电感L105另一端连接电容C111，电容C111另一端接地，所述电感L195另一端连接电容C112，电容C112另一端接地。

作为本发明的优选方式之一，所述一级低噪放电路包括依次串联的电容C107、放大器U102与电容C108,所述电容C107、放大器U102之间还与传感器D101的3引脚相连，传感器D101的1、2引脚端接地，所述放大器U102与电容C108之间还与电感L102一端相连，所述电感L102另一端分别与电感C103与抑制滤波器E101的OUT端相连，所述抑制滤波器E101的IN端接AV+5，GND端接地，所述电感C103另一端接地。

作为本发明的优选方式之一，所述SAW滤波电路包括依次串联的电感L106、滤波器、电感L107，所述滤波器的9引脚IN端接电感L106，4引脚OUT端接电感L107，所述滤波器的10引脚GND端与滤波器的9引脚IN端还串联有电容C114，所述滤波器的10引脚GND端接地，所述滤波器的4引脚OUT端与所述滤波器的5引脚GND端还串联连接有电容C115，所述滤波器的5引脚GND端接地，所述滤波器的1、2、3、7、8、9引脚GND端均接地。

作为本发明的优选方式之一，所述二级低噪放电路包括依次串联的电容C109、放大器U103、电容C110，所述放大器U103的1引脚与电容C109相连，3引脚与电容C110相连，2、4引脚接地；所述放大器U103的3引脚还依次串联连接有电感L103、电感L101、电容C101，所述电感L103、电感L101之间还与电容C102的一端相连，所述电容C102另一端接地，所述电容C101另一端接地，所述电感C101的正极接AV+5。

作为本发明的优选方式之一，所述一级增益放大电路包括依次串联的电容C126、放大器U105、电容C127，所述放大器U105的1、3引脚分别与电容器C126与电容C127相连，所述放大器U105的2、4引脚接地；所述放大器U105的3引脚依次串联有电感L111、电阻R102、电感L109、电容C119，电容C119另一端接地，所述电感L109、电容C119之间接AV+5，所述电感L111、电阻R102之间还依次与电容C117、电容C121、电容C123的一端相连，所述电容C117、电容C121、电容C123的另一端均接地。

作为本发明的优选方式之一，所述二级增益放大电路包括依次串联的电阻R103、电容C124、放大器U104、电容C125，所述放大器U104的1、3引脚分别与电容C124、电容C125相连；所述电阻R103与电容C124之间还与电阻R105的一端相连，电阻R105另一端接地，所述电阻R103的另一端还接有电阻R104，电阻R104的另一端接地；所述电容C125的另一端还与电阻R106的一端相连，电阻R106另一端接地；所述放大器U104的3引脚还依次串联有电感L110、电阻R101、电感L108、电容C118，所述电容C118另一端接地，所述电感L108、电容C118之间还接有AV+5，所述电感L110、电阻R101之间还与电容C116、电容C120、电容C122的一端相连，所述电容C116、电容C120、电容C122另一端均接地。

作为本发明的优选方式之一，所述电源电路模块为可转换为12V、5V、3.3V、2.5V、1.2V的电源模块。

作为本发明的优选方式之一，所述FPGA数据处理模块的芯片采用的是ALTERA公司的CYCLONE III系列的EP3C25Q240。

本发明相比现有技术的优点在于：本发明认知无线电感认知终端通过动态扫描指定带宽或者频点，对电磁环境参数，尤其是频谱信息及干扰情况，进行实时的、快速的感知和分析。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的带通滤波电路图；

图3是本发明的一级低噪放电路图；

图4是本发明的SAW滤波电路图；

图5是本发明的二级低噪放电路图；

图6是本发明的一级增益放大电路图；

图7是本发明的二级增益放大电路图；

图8是本发明的电源电路模块示意图；

图9是本发明的射频接收模块流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1、9：一种车载网平台上的认知无线电感知终端，包括射频接收天线、射频接收处理模块、A/D带通采样模块、FPGA数据处理模块、PXI接口模块、上位机、电源电路模块与时钟管理模块，所述射频接收天线接收空中信号并转换为模拟射频信号发送给所述射频接收处理模块进行处理为带通信号，所述A/D带通采样模块过滤数字带通信号并输出一定频段的数字带通信号，所述FPGA数据处理模块将一定频段的数字带通信号进行分段处理变频并通过低通滤波为一定信道带宽的数字带通信号，所述一定信道带宽的数字带通信号通过PXI接口模块传输到所述上位机，所述时钟管理模块分别为A/D带通采样模块、FPGA数据处理模块、PXI接口模块同步时序，所述电源电路模块与射频接收处理模块、A/D带通采样模块、FPGA数据处理模块、PXI接口模块分别相连，所述射频接收处理模块包括带通滤波电路、一级低噪放电路、SAW滤波电路、二级低噪放电路、一级增益放大电路和二级增益放大电路，所述带通滤波电路、一级低噪放电路、SAW滤波电路、二级低噪放电路、一级增益放大电路和二级增益放大电路依次相连，射频接收天线接收空中信号，其中以工作频段频带为335MHz～385MHz的信号为主，其他频段信号大幅衰减；射频接收处理模块：把接收到的模拟射频信号进行处理，使其能够符合A/D采样的条件，利用AD2209对处理后的信号进行带通采样，采样频率为140MHz，采样信号的频带为335MHz～385MHz，该范围由AD2209的控制程序决定，可以更改，但根据香农定律，该频带宽度不能超过60MHz，采样结果发送到FPGA进行处理；FPGA数据处理模块：是感知终端的核心，控制A/D采样及数据传输，A/D通过带通采样，将中频信号采样到基带后，送入FPGA，FPGA通过编程实现3MHz的带通滤波器，对32MHz的采样数据进行反复的数字下变频和滤波后，分段传输到上位机，PXI接口模块：负责FPGA与工控机之间的数据传输，如下表为本发明的各模块参数表：

参见图2：所述带通滤波电路包括从信号输入端依次串联连接的屏蔽线P101、电容C104、电感L104、电容C105、电感L196，所述电感L104与电容C105之间还依次与电感L105与电感L195的一端相连，所述电感L105另一端连接电容C111，电容C111另一端接地，所述电感L195另一端连接电容C112，电容C112另一端接地，所述电感L196的另一端与一级低噪放电路的电容C107一端相连。

参见图3：所述一级低噪放电路包括依次串联的电容C107、放大器U102与电容C108,所述电容C107、放大器U102之间还与传感器D101的3引脚相连，传感器D101的1、2引脚端接地，所述放大器U102与电容C108之间还与电感L102一端相连，所述电感L102另一端分别与电感C103与抑制滤波器E101的OUT端相连，所述抑制滤波器E101的IN端接AV+5，GND端接地，所述电感C103另一端接地，所述电容C108的另一端与SAW滤波电路的电感L106的一端相连。

参见图4：所述SAW滤波电路包括依次串联的电感L106、滤波器、电感L107，所述滤波器的9引脚IN端接电感L106，4引脚OUT端接电感L107，所述滤波器的10引脚GND端与滤波器的9引脚IN端还串联有电容C114，所述滤波器的10引脚GND端接地，所述滤波器的4引脚OUT端与所述滤波器的5引脚GND端还串联连接有电容C115，所述滤波器的5引脚GND端接地，所述滤波器的1、2、3、7、8、9引脚GND端均接地，所述电感L107的另一端与二级低噪放电路的电容C109的一端相连。

参见图5：所述二级低噪放电路包括依次串联的电容C109、放大器U103、电容C110，所述放大器U103的1引脚与电容C109相连，3引脚与电容C110相连，2、4引脚接地；所述放大器U103的3引脚还依次串联连接有电感L103、电感L101、电容C101，所述电感L103、电感L101之间还与电容C102的一端相连，所述电容C102另一端接地，所述电容C101另一端接地，所述电感C101的正极接AV+5，所述电容C110的另一端与一级增益放大电路的电容C126的一端相连。

参见图6:所述一级增益放大电路包括依次串联的电容C126、放大器U105、电容C127，所述放大器U105的1、3引脚分别与电容器C126与电容C127相连，所述放大器U105的2、4引脚接地；所述放大器U105的3引脚依次串联有电感L111、电阻R102、电感L109、电容C119，电容C119另一端接地，所述电感L109、电容C119之间接AV+5，所述电感L111、电阻R102之间还依次与电容C117、电容C121、电容C123的一端相连，所述电容C117、电容C121、电容C123的另一端均接地，所述电容C127的另一端与二级增益放大电路的电阻R103一端相连。

参见图7：所述二级增益放大电路包括依次串联的电阻R103、电容C124、放大器U104、电容C125，所述放大器U104的1、3引脚分别与电容C124、电容C125相连；所述电阻R103与电容C124之间还与电阻R105的一端相连，电阻R105另一端接地，所述电阻R103的另一端还接有电阻R104，电阻R104的另一端接地；所述电容C125的另一端还与电阻R106的一端相连，电阻R106另一端接地；所述放大器U104的3引脚还依次串联有电感L110、电阻R101、电感L108、电容C118，所述电容C118另一端接地，所述电感L108、电容C118之间还接有AV+5，所述电感L110、电阻R101之间还与电容C116、电容C120、电容C122的一端相连，所述电容C116、电容C120、电容C122另一端均接地。

参见图8：所述电源电路模块为可转换为12V、5V、3.3V、2.5V、1.2V的电源模块。

作为本发明的优选方式之一，所述FPGA数据处理模块的芯片采用的是ALTERA公司的CYCLONE III系列的EP3C25Q240。

本发明的各种模块功能：

带通滤波器模块：是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。在本电路的射频模块中，带通滤波器的作用是把接收信号中的334～366MHz频带的信号通过，而滤除其他频段的信号。路过无源带通滤波器的信号会发生信号幅度上的衰减，衰减系数为-3dB，在下级电路中需要放大器对信号进行放大。

一级低噪放电路模块：本系统的低噪放电路分为2级，为一级低噪放电路和二级低噪放电路。分别把射频信号的幅度进行20dB的增益放大，两级低噪放电路相似，均采用专用低噪声放大器芯SPF-5043。

声表面波滤波器模块：简称SAW滤波器：声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波。天线接收到的微弱信号经SAW滤波器过滤后，进行放大解调，最终获得所要的信息，要求滤波器损耗低，阻带抑制高。该设计中采用的SAW滤波器为LBN3054。

二级低噪声放大器模块

二级低噪声放大模块和一级低噪放模块电路基本相同。二级低噪放的功能是在一级低噪放放大增益20dB的基础上再放大20dB。

一级增益放大模块

增益放大电路功能主要是把经过滤波器而衰减的射频信号进行第一步放大，放大倍数大约为20dB，主芯片采用SGA6589。

二级增益放大模块

二级增益放大模块大体设计与一级增益放大模块相同。

A/D采样模块：

根据具体的参数要求(见表1)，我们选用的A/D采样芯片的型号为凌力尔特公司LTC2209。利用LTC2209芯片中的前端可编程增益放大器(PGA)，在驱动较低的1.5Vp-p范围输入时，降低了该ADC驱动器的输出功率需求。改善了失真性能、降低了驱动器功耗并最大限度地减小了对ADC噪声性能的影响。LTC2209可以接收高频、宽动态范围信号，具有700MHz的宽模拟输入带宽。根据技术指标，我们选用的中心频点fs为100MHz，带宽B为32MHz，这样当n取不同的值，则f0也随之变化，这也验证带通采样的中心频点理论上是有无限多个，而且是以B为周期进行周期延拓，所以在采样之前，必须要经过抗混迭滤波器滤波。

FPGA控制模块设计

系统中用于控制和数据处理的是FPGA模块，其中FPGA芯片采用的是ALTERA公司的CYCLONE III系列的EP3C25Q240，FPGA在模块中的功能有以下3点：

⑴控制LTC2209的时序；

⑵实现数字变频和滤波；

⑶控制PXI接口芯片。

由于A/D带通采样得到的信号时32MHz的带宽，而感知机需要感知的信道带宽为3MHz，所以需要把32M分为11段，因此，必须使用数字下变频(DDC)，把这11段信号都变频到0～3M的范围内，然后进行低通滤波。

PXI接口设计

PXI接口是目前工控机上的主流接口，具有传输速度快，安全可靠等诸多优点。PXI芯片采用PLX公司的专用PCI接口协议转换PCI9054芯片，PCI接口模块从功能上主要包括PCI总线接、局部总线接口和配置芯片接口三部分。PCI总线接口实现PCI总线的数据传输和命令配置，局部总线接口用来实现本地总线的数据传输以及本地端工作状态。设计时重点配置LHOLD、LHOLDA、READY#、ASDL#、BLAS#和LwR#，这是几条与局部总线相关的十分重要的控制线，在开始设计时配置错误将使得信号的时序不能满足要求，那么就无法实现对本地总线的操作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车载网平台上的认知无线电感知终端，其特征在于，包括射频接收天线、射频接收处理模块、A/D带通采样模块、FPGA数据处理模块、PXI接口模块、上位机、电源电路模块与时钟管理模块，所述射频接收天线接收空中信号并转换为模拟射频信号发送给所述射频接收处理模块进行处理为带通信号，所述A/D带通采样模块过滤数字带通信号并输出一定频段的数字带通信号，所述FPGA数据处理模块将一定频段的数字带通信号进行分段处理变频并通过低通滤波为一定信道带宽的数字带通信号，所述一定信道带宽的数字带通信号通过PXI接口模块传输到所述上位机，所述时钟管理模块分别为A/D带通采样模块、FPGA数据处理模块、PXI接口模块同步时序，所述电源电路模块与射频接收处理模块、A/D带通采样模块、FPGA数据处理模块、PXI接口模块分别相连。

2.根据权利要求1所述的车载网平台上的认知无线电感知终端，其特征在于，所述射频接收处理模块包括带通滤波电路、一级低噪放电路、SAW滤波电路、二级低噪放电路、一级增益放大电路和二级增益放大电路，所述带通滤波电路、一级低噪放电路、SAW滤波电路、二级低噪放电路、一级增益放大电路和二级增益放大电路依次相连。

3.根据权利要求2所述的车载网平台上的认知无线电感知终端，其特征在于，所述带通滤波电路包括从信号输入端依次串联连接的屏蔽线P101、电容C104、电感L104、电容C105、电感L196，所述电感L104与电容C105之间还依次与电感L105与电感L195的一端相连，所述电感L105另一端连接电容C111，电容C111另一端接地，所述电感L195另一端连接电容C112，电容C112另一端接地。

4.根据权利要求2所述的车载网平台上的认知无线电感知终端，其特征在于，所述一级低噪放电路包括依次串联的电容C107、放大器U102与电容C108，所述电容C107、放大器U102之间还与传感器D101的3引脚相连，传感器D101的1、2引脚端接地，所述放大器U102与电容C108之间还与电感L102一端相连,所述电感L102另一端分别与电感C103与抑制滤波器E101的OUT端相连，所述抑制滤波器E101的IN端接AV+5，GND端接地，所述电感C103另一端接地。

5.根据权利要求2所述的车载网平台上的认知无线电感知终端，其特征在于，所述SAW滤波电路包括依次串联的电感L106、滤波器、电感L107，所述滤波器的9引脚IN端接电感L106，4引脚OUT端接电感L107，所述滤波器的10引脚GND端与滤波器的9引脚IN端还串联有电容C114,所述滤波器的10引脚GND端接地，所述滤波器的4引脚OUT端与所述滤波器的5引脚GND端还串联连接有电容C115，所述滤波器的5引脚GND端接地，所述滤波器的1、2、3、7、8、9引脚GND端均接地。

6.根据权利要求2所述的车载网平台上的认知无线电感知终端，其特征在于，所述二级低噪放电路包括依次串联的电容C109、放大器U103、电容C110，所述放大器U103的1引脚与电容C109相连，3引脚与电容C110相连，2、4引脚接地；所述放大器U103的3引脚还依次串联连接有电感L103、电感L101、电容C101，所述电感L103、电感L101之间还与电容C102的一端相连，所述电容C102另一端接地，所述电容C101另一端接地，所述电感C101的正极接AV+5。

7.根据权利要求2所述的车载网平台上的认知无线电感知终端，其特征在于，所述一级增益放大电路包括依次串联的电容C126、放大器U105、电容C127，所述放大器U105的1、3引脚分别与电容器C126与电容C127相连，所述放大器U105的2、4引脚接地；所述放大器U105的3引脚依次串联有电感L111、电阻R102、电感L109、电容C119，电容C119另一端接地，所述电感L109、电容C119之间接AV+5，所述电感L111、电阻R102之间还依次与电容C117、电容C121、电容C123的一端相连，所述电容C117、电容C121、电容C123的另一端均接地。

8.根据权利要求2所述的车载网平台上的认知无线电感知终端，其特征在于，所述二级增益放大电路包括依次串联的电阻R103、电容C124、放大器U104、电容C125，所述放大器U104的1、3引脚分别与电容C124、电容C125相连；所述电阻R103与电容C124之间还与电阻R105的一端相连，电阻R105另一端接地，所述电阻R103的另一端还接有电阻R104，电阻R104的另一端接地；所述电容C125的另一端还与电阻R106的一端相连，电阻R106另一端接地；所述放大器U104的3引脚还依次串联有电感L110、电阻R101、电感L108、电容C118，所述电容C118另一端接地，所述电感L108、电容C118之间还接有AV+5，所述电感L110、电阻R101之间还与电容C116、电容C120、电容C122的一端相连，所述电容C116、电容C120、电容C122另一端均接地。

9.根据权利要求1所述的车载网平台上的认知无线电感知终端，其特征在于，所述电源电路模块为可转换为12V、5V、3.3V、2.5V、1.2V的电源模块。

10.根据权利要求1-9任一所述的车载网平台上的认知无线电感知终端，其特征在于，所述FPGA数据处理模块的芯片采用的是ALTERA公司的CYCLONEIII系列的EP3C25Q240。