CN107210985A - 一种接收机及信号处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种接收机，包括高速采样模块(110)、模拟快速傅氏变换(AFFT)模块(120)、选择开关模块(130)、低速模数转换(ADC)模块(140)以及控制模块(150)，所述高速采样模块(110)用于对接收信号进行采样，并输出采样信号至所述AFFT模块(120)，所述AFFT模块(120)用于对所述采样信号进行时频转换，并输出模拟频域信号至所述选择开关模块(130)，所述选择开关模块(130)用于将模拟频域信号传送至所述低速ADC模块(140)，所述低速ADC模块(140)用于将模拟频域信号转换为数字基带信号，所述控制模块(150)用于配置高速采样模块(110)的采样速率、AFFT模块(120)进行时频转换所用的快速傅氏变换的点数和选择开关模块(130)的目标输入端口。相应地，本发明实施例还公开了一种信号处理的方法。本发明可以使接收机的工作带宽达到GHz量级，并具有成本低和复杂度低的优点。

Description

一种接收机及信号处理的方法 技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种接收机及信号处理的方法。
背景技术
随着移动通信技术的不断发展，数据传输所需的带宽越来越大，这对接收机的工作带宽提出了更高的要求。接收机是一种用于将射频信号转换为数字基带信号的设备，传统的接收机包括超外差接收机和I/Q(In-phase/Quadrature，同相正交)解调器接收机。超外差接收机的结构如图5(A)所示，射频信号经滤波器、放大器、混频器和检波器后输出数字基带信号，其中，混频器用于将接收信号和振荡器产生的信号进行混频以得到中频信号，由于在接收机中混频器的通道带宽一般不会超过中频信号的中心频点的两倍，且中频信号的中心频点一般不会超过500MHz，故接收机的工作带宽受限于混频器的通道带宽无法达到GHz量级；I/Q解调器接收机的结构如图5(B)所示，射频信号经滤波器、放大器、I/Q解调器和检波器后输出数字基带信号，其中，I/Q解调器用于对接收信号进行变频，由于I/Q解调器的通道带宽不会超过500MHz，故接收机的工作带宽受限于I/Q解调器的通道带宽无法达到GHz量级。
直接射频(Direct RF)接收机是较新一代的接收机，直接射频接收机的结构如图5(C)所示，射频信号经滤波器、放大器、模数转换器和变换器后输出数字基带信号，其无需对射频信号进行混频或变频，而是直接进行高速模数转换，故直接射频接收机的工作带宽仅取决于模数转换的采样带宽，从而通过增大采样带宽便可增大整个接收机的工作带宽，以达到GHz量级。直接射频接收机的模数转换器采用了高速ADC(Analog to digital converter，模数转换器)，并要求高速ADC的采样带宽远高于直接射频接收机的工作带宽，例如1GHz的工作带宽要求必须高于2GHz的采样带宽，但是过高采样带宽的高速ADC的生产复杂度和成本极高，制约了直接射频接收机的发展。
因此，如何使接收机的工作带宽达到GHz量级，又不会增加其成本和生产复杂度，是目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种接收机及信号处理的方法，可以使接收机的工作带宽达到GHz量级，并具有成本低和复杂度低的优点。
本发明实施例第一方面提供了一种接收机，包括高速采样模块、模拟快速傅氏变换AFFT模块、选择开关模块、低速模数转换ADC模块以及控制模块，其中：
所述高速采样模块与所述AFFT模块连接，所述AFFT模块与所述选择开关模块连接，所述选择开关模块与所述低速ADC模块连接，所述控制模块分别与所述高速采样模块、所述AFFT模块、所述选择开关模块和所述低速ADC模块连接；
所述高速采样模块用于对接收信号进行采样，并输出采样信号至所述AFFT模块，所述AFFT模块用于对所述采样信号进行时频转换，并输出模拟频域信号至所述选择开关模块，所述选择开关模块用于将所述模拟频域信号传送至所述低速ADC模块，所述低速ADC模块用于将所述模拟频域信号转换为数字基带信号，所述控制模块用于配置所述高速采样模块的采样速率、所述AFFT模块进行时频转换所用的快速傅氏变换的点数和所述选择开关模块的目标输入端口。
在第一方面的第一种可能实现方式中，所述高速采样模块包括1个输入端口和M个输出端口，所述M为大于2的整数，
所述高速采样模块，具体用于根据配置的所述采样速率将所述输入端口依次切换连接到各个所述输出端口，以对所述接收信号进行采样，并将得到的所述采样信号输出至所述AFFT模块。
结合第一方面以及第一方面的第一种可能实现方式，在第二种可能实现方式中，所述接收机还包括时钟模块，所述控制模块通过所述时钟模块与所述高速采样模块连接，
所述时钟模块，用于向所述高速采样模块发送指定周期的时钟信号，所述指定周期等于所述采样速率的倒数；
所述高速采样模块，具体用于根据所述时钟信号将所述输入端口依次切换连接到各个所述输出端口。
结合第一方面以及第一方面的第一种可能实现方式，在第三种可能实现方式中，所述采样速率大于两倍的所述接收信号的带宽。
结合第一方面以及第一方面的第三种可能实现方式，在第四种可能实现方式中，所述采样速率达到GHz量级。
结合第一方面以及第一方面的第一至第四种中任意一种可能实现方式，在第五种可能实现方式中，所述AFFT模块包括M个输入端口和M个输出端口，所述AFFT模块的M个输入端口分别与所述高速采样模块的M个输出端口连接，
所述AFFT模块，具体用于通过所述快速傅氏变换对所述输入端口输入的所述采样信号进行时频转换，并将时频转换得到的所述模拟频域信号通过所述输出端口输出至所述选择开关模块。
结合第一方面以及第一方面的第五种可能实现方式，在第六种可能实现方式中，所述选择开关模块包括M个输入端口和1个输出端口，所述选择开关模块的目标输入端口为所述M个输入端口的其中一个，所述选择开关模块的M个输入端口分别与所述AFFT模块的M个输出端口连接，
所述选择开关模块，具体用于通过配置的所述目标输入端口接收所述模拟频域信号，并通过所述输出端口将所述模拟频域信号传送至所述低速ADC模块。
结合第一方面的可能实现方式，在第七种可能实现方式中，所述低速ADC模块的采样带宽不高于2GHz。
结合第一方面以及第一方面的第六种可能实现方式，在第八种可能实现方式中，所述控制模块，具体用于根据公式
配置所述高速采样模块的采样速率和所述AFFT模块进行时频转换所用的快速傅氏变换的点数，其中，所述fs表示所述采样速率，所述N表示所述快速傅氏变换的点数，所述N＝2n，所述n为大于1的整数，且所述N不大于所述M，所述f0表示所述接收信号的中心频率，所述x表示任意自然数，所述B表示所述接收信号的带宽；
所述控制模块，还具体用于根据公式
Bin＝(f0-fs*x)/(fs/N)
配置所述选择开关模块的所述目标输入端口，其中，所述Bin表示所述目标输入端口的端口号。
结合第一方面的可能实现方式，在第九种可能实现方式中，所述接收机还包括接收天线、滤波模块和增益低噪声放大器LNA模块，其中：
所述接收天线与所述滤波模块连接，所述滤波模块与所述增益LNA模块连接，所述增益LNA模块与所述高速采样模块连接，所述接收天线用于接收射频信号，所述滤波模块用于对所述射频信号进行滤波，所述增益LNA模块用于对滤波后的射频信号进行放大以得到所述接收信号。
本发明实施例第二方面提供了一种信号处理的方法，包括：
对接收信号进行采样，以获取采样信号；
对所述采样信号进行时频转换，以获取模拟频域信号；
对所述模拟频域信号进行筛选，以获取模拟基带信号；
对所述模拟基带信号进行模数转换，以获取数字基带信号。
在第二方面的第一种可能实现方式中，所述对接收信号进行采样，以获取采样信号，包括：
根据指定的采样速率对接收信号进行采样，以获取采样信号。
结合第二方面以及第二方面的第一种可能实现方式，在第二种可能实现方式中，所述根据指定的采样速率对接收信号进行采样，包括：
生成指定周期的时钟信号，所述指定周期等于采样速率的倒数；
根据所述时钟信号对接收信号进行采样。
结合第二方面以及第二方面的第一种可能实现方式，在第三种可能实现方式中，所述采样速率大于两倍的所述接收信号的带宽。
结合第二方面以及第三种可能实现方式，在第四种可能实现方式中，所述采样速率达到GHz量级。
结合第二方面以及第二方面的第一至第四种中任意一种可能实现方式，在第五种可能实现方式中，所述对所述采样信号进行时频转换，以获取模拟频域信号，包括：
通过快速傅氏变换对所述采样信号进行时频转换，以获取多个中心频点不 同的模拟频域信号。
结合第二方面以及第二方面的第五种可能实现方式，在第六种可能实现方式中，所述采样速率和所述快速傅氏变换的点数是根据公式
确定的，其中，所述fs表示所述采样速率，所述N表示所述快速傅氏变换的点数，所述N＝2n，所述n为大于1的整数，所述f0表示所述接收信号的中心频率，所述x表示任意自然数，所述B表示所述接收信号的带宽。
结合第二方面以及第二方面的第五种可能实现方式，在第七种可能实现方式中，所述对所述模拟频域信号进行筛选，以获取模拟基带信号，包括：
筛选出中心频点最小的一个模拟频域信号作为所述模拟基带信号。
结合第二方面的可能实现方式，在第八种可能实现方式中，所述对接收信号进行采样，以获取采样信号之前，还包括：
接收射频信号；对所述射频信号进行滤波；对滤波后的射频信号进行放大以获取所述接收信号。
本发明实施例第三方面提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有程序，该程序执行时包括第一方面提供的一种信号处理的方法的部分或全部步骤。
本发明实施例第四方面提供了一种接收机，包括：天线接口、存储器以及处理器，其中，存储器中存储一组程序，且处理器用于调用存储器中存储的程序，执行以下操作：
对接收信号进行采样，以获取采样信号；
对所述采样信号进行时频转换，以获取模拟频域信号；
对所述模拟频域信号进行筛选，以获取模拟基带信号；
对所述模拟基带信号进行模数转换，以获取数字基带信号。
由上可见，本发明实施例提供的接收机，通过高速采样模块对接收信号进行采样以获取采样信号，再通过AFFT模块对采样信号进行时频转换以获取模 拟频域信号，最后通过低速ADC模块将模拟频域信号转换为数字基带信号，从而实现接收机的功能，其中，由于本发明实施例提供的接收机未使用传统的接收机中的混频器或I/Q解调器，故工作带宽不会受限于混频器或I/Q解调器的通道带宽，高速采样模块和AFFT模块的通道带宽均可达到GHz量级，进而接收机的工作带宽可达到GHz量级；由于经快速傅氏变换后得到的模拟频域信号的中心频点不高，故对模数变换的采样带宽要求不高(应理解地，采样带宽等于中心频点即可)，可以避免使用高速ADC，因而本发明实施例的接收机还具有成本低和复杂度低的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种接收机的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种接收机的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种信号处理的方法的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的又一种接收机的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种现有的接收机的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种采样信号的仿真示意图；
图7是本发明实施例提供的一种模拟频域信号的仿真示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的接收机可以应用于各种通信系统，例如：全球移动通讯(Global System of Mobile communication，简称为“GSM”)系统、码分多 址(Code Division Multiple Access，简称为“CDMA”)系统、宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，简称为“WCDMA”)系统、通用分组无线业务(General Packet Radio Service，简称为“GPRS”)、长期演进(Long Term Evolution，简称为“LTE”)系统、LTE频分双工(Frequency Division Duplex，简称为“FDD”)系统、LTE时分双工(Time Division Duplex，简称为“TDD”)、通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunication System，简称为“UMTS”)、全球互联微波接入(Worldwide Interoperability for Microwave Access，简称为“WiMAX”)通信系统或未来演进的PLMN(Public Land Mobile Network，公共陆地移动网络)通信系统(简称为“5G网络”)等。
应理解地，接收机的主要功能是将陆地、海洋或空中的射频信号转换为数字基带信号，以使后续的处理装置从该数字基带信号中解调出有用信号，如数据信息或语音信息等。其中，本发明实施例提供的接收机，可以内置于各种接收设备，所述接收设备包括但不限于用户设备(User Equipment，简称为“UE”)、移动台(Mobile Station，简称为“MS”)、GSM或CDMA中的基站(Base Transceiver Station，简称为“BTS”)、WCDMA中的基站(NodeB，简称为“NB”)、LTE中的演进型基站(Evolutional Node B，简称为“eNB”)或5G网络中的基站。
图1是本发明实施例中一种接收机的结构示意图。如图所示本发明实施例中的接收机至少可以包括高速采样模块110、模拟快速傅氏变换AFFT(Analog Fast Fourier Transform)模块120、选择开关模块130、低速模数转换ADC(Analog to Digital Converter)模块140以及控制模块150，其中：
高速采样模块110与AFFT模块120连接，AFFT模块120与选择开关模块130连接，选择开关模块130与低速ADC模块140连接，控制模块150分别与高速采样模块110、AFFT模块120、选择开关模块130和低速ADC模块140连接。
高速采样模块110用于对接收信号进行采样，并输出采样信号至AFFT模块120。其中，接收信号可以是天线接收到的射频信号，也可以是进一步经过滤波或放大的射频信号。
具体实现过程中，高速采样模块110包括1个输入端口和M个输出端口，M为大于2的整数，高速采样模块110根据配置的采样速率将输入端口依次切换连接到各个输出端口，以对接收信号进行采样，并将得到的采样信号输出至AFFT模块120。应理解地，由于输入端口是依次切换连接到各个输出端口的，因此M个输出端口只能周期性地获取接收信号，相当于对接收信号进行了采样，切换连接的速率越快，其采样速率越快。进一步地，本发明实施例将M个输出端口所输出的信号统称为采样信号。
需要指出的是，上述采样速率是由控制模块150配置并下发的。另外，输入端口依次切换连接到的输出端口可以是所有的输出端口，也可以是M个输出端口的一部分，可选地，输入端口依次切换连接到的输出端口的数目也是由控制模块150配置并下发的。
又可选地，如图1所示的接收机还包括时钟模块160，控制模块150通过时钟模块160与高速采样模块110连接，具体实现过程中，时钟模块160向高速采样模块110发送指定周期的时钟信号，其中指定周期等于采样速率的倒数，采样速率由控制模块150配置并下发到时钟模块160；高速采样模块110根据时钟信号将输入端口依次切换连接到各个输出端口。
进一步地，上文提到的采样速率应大于两倍的接收信号的带宽，以满足带通采样定律。并且，本发明实施例中，采样速率的上限值不低于6GHz，即至少可支持6GHz的带宽，其中，6GHz为5G网络的核心频点。还应理解地，高速采样模块110仅用于采样，因而硬件结构简单，故即使将其采样速率增大到GHz量级(本发明实施例中的“GHz量级”是指“大于1GHz的频量”，如6GHz等，后文不再赘述)，成本和复杂度也不会有明显增加；而ADC模块不仅用于采样还用于模数转换，因而硬件结构(例如电路结构)远远复杂于高速采样模块110，导致增大ADC模块的采样频率会使成本和复杂度明显增加，故本发明实施例选择高速采样模块110来对接收信号进行采样，具有成本低和复杂度低的优点。
AFFT模块120用于对采样信号进行时频转换，并输出模拟频域信号至选择开关模块130。
具体实现过程中，AFFT模块120包括M个输入端口和M个输出端口， AFFT模块120的M个输入端口分别与高速采样模块110的M个输出端口连接，AFFT模块120通过配置的快速傅氏变换的点数对其输入端口输入的采样信号进行时频转换，并将时频转换得到的模拟频域信号通过其输出端口输出至选择开关模块，其中，模拟频域信号是指频域(Frequency)的模拟信号(Analog signal)。更具体地，应保持一致地，当高速采样模块110的各个输出端口周期性地对接收信号进行采样并输出采样信号时，AFFT模块120的各个输入端口也周期性地接收采样信号，并分别在每个周期内对多个输入端口接收到的采样信号进行时频转换。应理解地，本发明实施例中的时频转换为快速傅氏变换(FFT，Fast Fourier Transform)，例如，假设输入的采样信号的向量表达式为X＝[x1(t),x2(t),x3(t),......,xN(t)]，其中，xN(t)为AFFT模块120的输入端口N输入的时域信号，N＝2n，n为大于1的整数，且N不大于M，X通过快速傅氏变换后，得到的向量为Y＝[y1(n),y2(n),y3(n),......,yN(n)]，其中yN(n)为AFFT模块120的输入端口N输出的频域信号。由于上述过程全为线性变换，因此不会对接收机的动态范围造成损失，其中动态范围是指接收机对接收信号检测而又使接收信号不失真的输入信号大小范围，动态范围过大会产生噪声，过小则无法检测到。
需要指出的是，上述快速傅氏变换的点数是由控制模块150配置并下发的，确保AFFT模块120获取正确的采样信号和输出正确的模拟频域信号。例如，假设M＝10，配置的N＝23＝8，则AFFT模块120只通过第1至第8个输入端口接收采样信号，并通过第1至第8个输出端口输出模拟频域信号，AFFT模块120的剩余2个输入端口不接收的采样信号，其中，可以不接收采样信号的原因在于：接收信号具有连续性的特点，当采样点总量足够时，舍弃部分采样点也不会对整个接收机的输出结果造成太大影响。
本发明实施例中的AFFT模块120用于实现快速傅氏变换，具有结构简单和成本低的特点。另外，AFFT模块120的通道带宽可以达到GHz量级。
本发明实施例中的接收机，未使用传统的接收机中的混频器或I/Q解调器，克服了工作带宽受限于混频器或I/Q解调器的问题，同时，高速采样模块110和AFFT模块120的通道带宽均可达到GHz量级，进而接收机的工作带宽可达到GHz量级。另外，由于混频器固有的相噪会导致接收信号的质量下降， 需增加降噪电路进行降噪处理，使得架构复杂、硬件面积大；由于I/Q解调器固有的载波泄露和直流不平衡泄露等问题会导致动态范围损失，需要增加防泄电路进行防泄处理，也使得架构复杂、硬件面积大；而高速采样模块110和AFFT模块120无需进行降噪处理和防泄处理，可以简化接收机的架构，减少硬件面积。
选择开关模块130用于将模拟频域信号传送至低速ADC模块140。
具体实现过程中，选择开关模块130包括M个输入端口和1个输出端口，选择开关模块的M个输入端口分别与AFFT模块120的M个输出端口连接，选择开关模块130通过配置的目标输入端口接收模拟频域信号，并通过输出端口将模拟频域信号传送至低速ADC模块，其中目标输入端口为选择开关模块130的M个输入端口的其中一个。
需要指出的是，上述目标输入端口的端口号是由控制模块150配置并下发的，确保低速ADC模块140获取到最佳的模拟频域信号。所述最佳的模拟频域信号为中心频点最小的模拟频域信号，具体地，AFFT模块120对采样信号进行快速傅氏变换后，得到N个中心频点不同的模拟频域信号输出，而模拟频域信号的中心频点越小，低速ADC模块140的采样带宽(模数转换器的采样带宽为完成模数转换的工作带宽)越小，进而低速ADC模块140的成本和复杂度越低，故选择开关模块130需根据配置的目标输入端口接收中心频点最小的模拟频域信号，例如：AFFT模块120输出的N个模拟频域信号中，其中一个模拟频域信号的中心频点为零(即零中频信号，零中频信号的中心频点是最小的)，假设该模拟频域信号从AFFT模块120的第2个输出端口输出至选择开关模块130的第2个输入端口，那么配置的目标输入端口即为选择开关模块130的第2个输入端口，选择开关模块130通过目标输入端口接收该模拟频域信号并传送至低速ADC模块140。
需要进一步说明的是，AFFT模块120输出的N个模拟频域信号均携带有完整的有用信息(数据信息或语音信息)，故只需选择一个最佳的模拟频域信号传送至低速ADC模块140即可，舍弃其它的模拟频域信号。下面简单介绍下，AFFT模块120输出的N个模拟频域信号均携带有完整的有用信息的原因：AFFT模块120的第1至第N个输入端口接收的采样信号，实质上是N个采样 脉冲，每个采样脉冲由基波和谐波组成，为了便于理解，我们把每个采样脉冲的基波和谐波用信号形式表达，例如第k个采样信号可用x(k)＝a(k)+j*b(k)表达；设AFFT模块120进行傅氏变换的公式如下，
那么AFFT模块120的第n个输出端口输出的模拟频域信号为Y(n)，显然Y(n)包括x(1)至x(N)，即Y(n)包括a(1)+j*b(1)至a(N)+j*b(N)，也就是说，AFFT模块120的任意一个输出端口输出的模拟频域信号都携带有AFFT模块120的第1至第N个输入端口接收的采样脉冲的基波和谐波，例如：令N＝8且n＝1，也就是AFFT模块有8个输入和输出端口，其第1个输出端口输出的模拟频域信号为可见第1个输出端口输出的模拟频域信号携带有8个输入端口的采样脉冲的基波和谐波。因此，不难得出，AFFT模块120输出的N个模拟频域信号均携带有完整的有用信息。为了验证上述推断的准确性，本发明实施例对AFFT模块120的输入和输出进行了仿真，请参阅图6，图6中的脉冲信号即为AFFT模块120的输入端口接收的采样脉冲，可见每个采样脉冲由基波和谐波组成，请参阅图7，图7中的信号即为AFFT模块120的第1个输出端口输出的模拟频域信号，可见该模拟信号携带有所有输入端口接收的采样脉冲的信息。
还需要指出的是，AFFT模块120对采样信号进行快速傅氏变换后，得到N个中心频点不同的模拟频域信号，其中至少存在一个模拟频域信号的中心频点要低于原接收信号的中心频点，由于选择开关模块130选取接收了其中最小中心频点的模拟频域信号，故该模拟频域信号的中心频点必定低于原接收信号的中心频点，可见AFFT模块120和选择开关模块130对原接收信号实现了频谱的搬移，该模拟频域信号即为模拟基带信号。应理解地，传统的接收机中的混频器和I/Q解调器，其作用分别为混频和变频，目的也是为了实现对频谱搬移，因此，本发明实施例中的高速采样模块110、AFFT模块120和选择开关模块130三者可替代传统的接收机中的混频器或I/Q解调器，这也是本接收机未使用混频器或I/Q解调器的原因。特别地，本发明实施例提供的基于AFFT来实现变频或频谱搬移，可以大大简化接收机的复杂度，降低成本。
低速ADC模块140用于将模拟频域信号转换为数字基带信号。
进一步地，转换后的数字信号分为实部I(t)和虚部Q(t)输出，送入后续的处理装置，处理装置从该数字基带信号中解调出有用信号，如数据信息或语音信息等。
本发明实施例，通过使用AFFT模块120对采样信号进行时频转换，可以将采样信号由时域转换到频域，由于对频域的信号处理速度快于时域的信号，故提升了接收机的工作速率；另外，时频转换过程还对采样信号进行了频谱搬移，得到多个中心频点不同的模拟频域信号，并通过选择开关模块130从多个模拟频域信号中选出中心频点最低的模拟频域信号，而中心频点低的模拟频域信号对模数变换的采样带宽要求不高(应理解地，采样带宽等于中心频点即可)，可以避免使用高速ADC。可选地，本发明实施例中的低速ADC模块140的采样带宽低于2GHz，2GHz可以认为是一个临界值，超过2GHz，ADC的成本和复杂度会很高。
控制模块150用于配置高速采样模块110的采样速率、AFFT模块120进行时频转换所用的快速傅氏变换的点数和选择开关模块130的目标输入端口。
具体实现过程中，控制模块150根据公式(1)
配置高速采样模块110的采样速率和AFFT模块120进行时频转换所用的快速傅氏变换的点数，其中，所述fs表示所述采样速率，所述N表示所述快速傅氏变换的点数，所述N＝2n，所述n为大于1的整数，且所述N不大于所述M，所述f0表示所述接收信号的中心频率，所述x表示任意自然数，所述B表示所述接收信号的带宽。需要说明的是，式中“N＝1/(f0/fs-x)”的表示：接收信号的中心频率必须在第x个奈奎斯特域，且在快速傅氏变换的第N点上，以确保快速傅氏变换的准确性；式中“fs＞B”的表示：采样速率必须大于接收信号的带宽。
上述公式(1)中，f0和B为系统预配置的参数，默认为控制模块150已知的，fs、N和x为未知的。控制模块150通过公式(1)中的一个等式和不等式，求出未知的fs、N和x。进一步地，若求出的fs、N和x有多组结果，则取fs最小的一组结果，原因在于，在fs＞B的条件下，fs越小，高速 采样模块110的复杂度越小，越容易实现。
控制模块150再根据公式(2)
Bin＝(f0-fs*x)/(fs/N)    (2)
配置选择开关模块130的目标输入端口，其中，所述Bin表示目标输入端口的端口号。需要指出的是，本发明实施例预先标识了选择开关模块130的输入端口的端口号，例如：分别使用第1至第N端口号预先标识选择开关模块130的第1至第N个输入端口。还需说明的是，根据公式(2)所求得的端口号，其对应接收到的模拟频域信号的中心频点相对其它端口是最小的。
例如，f0＝1.9GHz，B＝40MHz，则求得的fs＝0.304GHz，N＝1，x＝6，Bin＝1。又如，f0＝2.25GHz，B＝1GHz，则求得的fs＝1.5GHz，N＝2，x＝1，Bin＝1。
进一步地，控制模块150再将fs配置到高速采样模块110，或时钟模块160；将N点快速傅氏变换配置到AFFT模块120；将Bin配置到选择开关模块130。
由上可见，本发明实施例提供的接收机，通过高速采样模块对接收信号进行采样以获取采样信号，再通过AFFT模块对采样信号进行时频转换以获取模拟频域信号，最后通过低速ADC模块将模拟频域信号转换为数字基带信号，从而实现接收机的功能，其中，由于本发明实施例提供的接收机未使用传统的接收机中的混频器或I/Q解调器，故工作带宽不会受限于混频器或I/Q解调器的通道带宽，高速采样模块和AFFT模块的通道带宽均可达到GHz量级，进而接收机的工作带宽可达到GHz量级；由于经快速傅氏变换后得到的模拟频域信号的中心频点不高，故对模数变换的采样带宽要求不高(应理解地，采样带宽等于中心频点即可)，可以避免使用高速ADC，因而本发明实施例的接收机还具有成本低和复杂度低的优点。
图2是本发明实施例中另一种接收机的结构示意图。如图所示本发明实施例中的接收机至少包括高速采样模块110、模拟快速傅氏变换AFFT模块120、选择开关模块130、低速模数转换ADC模块140、控制模块150、时钟模块160接收天线170、滤波模块180以及低噪声放大器LNA(Low Noise Amplifier) 模块190，其中：
接收天线170与滤波模块180连接，滤波模块180与LNA模块190连接，LNA模块190与高速采样模块110连接，高速采样模块110与AFFT模块120连接，AFFT模块120与选择开关模块130连接，选择开关模块130与低速ADC模块140连接，控制模块150分别与高速采样模块110、AFFT模块120、选择开关模块130和低速ADC模块140连接，进一步地，控制模块150通过时钟模块160与高速采样模块110连接。
接收天线170用于接收陆地、海洋或空中的射频信号。
滤波模块180用于对射频信号进行滤波。目的是滤除杂波或干扰信号等无用信号。本发明实施例中，滤波模块180是带通滤波器。
LNA模块190用于对滤波后的射频信号进行放大以得到接收信号，即将射频信号放大为可检测的电平。可选地，LNA模块190具体可以是增益LNA电路。
具体实现中，当接收天线170接收的射频信号是连续宽带信号时，滤波模块180保持输出的滤波后的射频信号的带宽为B，LNA模块190的通道带宽大于B，LNA模块190将滤波后的射频信号的电平放大为高速采样模块110可以检测到的电平，放大后的信号为接收信号。
高速采样模块110用于对接收信号进行采样，并输出采样信号至AFFT模块120。
时钟模块160用于向高速采样模块110发送指定周期的时钟信号，其中指定周期等于采样速率的倒数，采样速率由控制模块150配置并下发到时钟模块160。相应地，高速采样模块110根据时钟信号将输入端口依次切换连接到各个输出端口。
AFFT模块120用于对采样信号进行时频转换，并输出模拟频域信号至选择开关模块130。
选择开关模块130用于将模拟频域信号传送至低速ADC模块140。
低速ADC模块140用于将模拟频域信号转换为数字基带信号。
控制模块150用于配置高速采样模块110的采样速率、AFFT模块120进行时频转换所用的快速傅氏变换的点数和选择开关模块130的目标输入端口。
综上所述，本发明实施例提供的接收机的信号流走向可归纳为：①模拟射频信号→②模拟采样信号→③模拟频域信号→④模拟基带信号→⑤数字基带信号。可见，本接收机的信号处理集中在模拟域(即①至④都是模拟域)，本发明实施例示出的接收机可以主要工作在模拟域，实现将射频信号转换成数字基带信号。
本发明实施例提供的接收机，通过高速采样模块对接收信号进行采样以获取采样信号，再通过AFFT模块对采样信号进行时频转换以获取模拟频域信号，最后通过低速ADC模块将模拟频域信号转换为数字基带信号，从而实现接收机的功能，其中，由于本发明实施例提供的接收机未使用传统的接收机中的混频器或I/Q解调器，故工作带宽不会受限于混频器或I/Q解调器的通道带宽，高速采样模块和AFFT模块的通道带宽均可达到GHz量级，进而接收机的工作带宽可达到GHz量级；由于经快速傅氏变换后得到的模拟频域信号的中心频点不高，故对模数变换的采样带宽要求不高(应理解地，采样带宽等于中心频点即可)，可以避免使用高速ADC，因而本发明实施例的接收机还具有成本低和复杂度低的优点。
图3是本发明实施例中一种信号处理的方法的流程示意图，可以包括：
S101，对接收信号进行采样，以获取采样信号。
具体地，接收机根据指定的采样速率对接收信号进行采样，以获取采样信号，其中，接收信号可以是天线接收到的射频信号，也可以是进一步经过滤波或放大的射频信号。
可选地，接收机先生成指定周期的时钟信号，指定周期等于采样速率的倒数；再根据时钟信号对接收信号进行采样。
进一步地，上文提到的采样速率应大于两倍的接收信号的带宽，以满足带通采样定律。并且，本发明实施例中，采样速率的上限值不低于6GHz，即至少可支持6GHz的带宽。
更进一步地，采样速率是根据公式(1)确定的，其中，所述fs表示所述采样速率，所述N表示所述快速傅氏变换的点数，所述N＝2n，所述n为大于1的整数，所述f0表示所述接收信号的中心频率，所述x表示任意自然数，所 述B表示所述接收信号的带宽。
又可选地，在对接收信号进行采样之前，接收机接收射频信号；对射频信号进行滤波；对滤波后的射频信号进行放大以获取接收信号。
S102，对所述采样信号进行时频转换，以获取模拟频域信号。
具体地，接收机通过快速傅氏变换对采样信号进行时频转换，以获取多个中心频点不同的模拟频域信号。
应理解地，本发明实施例中的时频转换为快速傅氏变换，由于该过程为线性变换，因此不会对接收机的动态范围造成损失，其中动态范围是指接收机对接收信号检测而又使接收信号不失真的输入信号大小范围，动态范围过大会产生失真和噪声，过小则无法检测到。
进一步地，快速傅氏变换的点数也是根据公式(1)确定的。
S103，对所述模拟频域信号进行筛选，以获取模拟基带信号。
具体地，接收机筛选出中心频点最小的一个模拟频域信号作为所述模拟基带信号。
需要指出的是，步骤S102得到的多个模拟频域信号均携带有完整的有用信息(数据信息或语音信息)，故只需选择一个最佳的模拟频域信号作为模拟基带信号即可，可以舍弃其它的模拟频域信号。多个模拟频域信号均携带有完整的有用信息的原因上文已经介绍过，这里不再赘述。
还需要指出的是，从多个模拟频域信号中筛选出的模拟基带信号的中心频点要低于原接收信号的中心频点，进一步地，筛选出的模拟基带信号的中心频点可以是零频点，可见本接收机对原接收信号实现了频谱的搬移。
S104，对所述模拟基带信号进行模数转换，以获取数字基带信号。
进一步地，转换后的数字信号分为实部I(t)和虚部Q(t)输出，送入后续的处理装置，处理装置从该数字基带信号中解调出有用信号，如数据信息或语音信息等。
图4是本发明实施例中的另一种接收机的结构示意图，如图4所示，该接收机可以包括：至少一个处理器401，例如CPU，至少一个天线接口403，存储器404，至少一个通信总线402。其中，通信总线402用于实现这些组件之间的连 接通信。其中，本发明实施例中的天线接口403用于接收射频信号。存储器404可以是高速RAM存储器，也可以是非易失的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器404还可以是至少一个位于远离前述处理器401的存储装置。存储器404中存储一组程序代码，且处理器401用于调用存储器404中存储的程序代码，执行以下操作：
对接收信号进行采样，以获取采样信号；
对所述采样信号进行时频转换，以获取模拟频域信号；
对所述模拟频域信号进行筛选，以获取模拟基带信号；
对所述模拟基带信号进行模数转换，以获取数字基带信号。
可选地，处理器401对接收信号进行采样，以获取采样信号的具体操作为：
根据指定的采样速率对接收信号进行采样，以获取采样信号。
进一步地，处理器401根据指定的采样速率对接收信号进行采样的具体操作为：
生成指定周期的时钟信号，所述指定周期等于采样速率的倒数；
根据所述时钟信号对接收信号进行采样。
可选地，所述采样速率大于两倍的所述接收信号的带宽。
进一步地，所述采样速率达到GHz量级。
可选地，处理器401对所述采样信号进行时频转换，以获取模拟频域信号的具体操作还可以为：
通过快速傅氏变换对所述采样信号进行时频转换，以获取多个中心频点不同的模拟频域信号。
相应地，所述采样速率和所述快速傅氏变换的点数是根据公式
确定的，其中，所述fs表示所述采样速率，所述N表示所述快速傅氏变换的点数，所述N＝2n，所述n为大于1的整数，所述f0表示所述接收信号的中心频率，所述x表示任意自然数，所述B表示所述接收信号的带宽。
可选地，处理器401对所述模拟频域信号进行筛选，以获取模拟基带信号的具体操作为：
筛选出中心频点最小的一个模拟频域信号作为所述模拟基带信号
又可选地，处理器401对接收信号进行采样，以获取采样信号之前，还执行：
接收射频信号；对所述射频信号进行滤波；对滤波后的射频信号进行放大以获取所述接收信号。
本发明实施例还提出了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有程序，所述程序包括若干指令用以执行本发明实施例图1-图2所描述的一种信号处理的方法中的部分或全部的步骤。
由上可见，本发明实施例提供的接收机，通过高速采样模块对接收信号进行采样以获取采样信号，再通过AFFT模块对采样信号进行时频转换以获取模拟频域信号，最后通过低速ADC模块将模拟频域信号转换为数字基带信号，从而实现接收机的功能，其中，由于本发明实施例提供的接收机未使用传统的接收机中的混频器或I/Q解调器，故工作带宽不会受限于混频器或I/Q解调器的通道带宽，高速采样模块和AFFT模块的通道带宽均可达到GHz量级，进而接收机的工作带宽可达到GHz量级；由于经快速傅氏变换后得到的模拟频域信号的中心频点不高，故对模数变换的采样带宽要求不高(应理解地，采样带宽等于中心频点即可)，可以避免使用高速ADC，因而本发明实施例的接收机还具有成本低和复杂度低的优点。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (21)

  1. 一种接收机，其特征在于，所述接收机包括高速采样模块、模拟快速傅氏变换AFFT模块、选择开关模块、低速模数转换ADC模块以及控制模块，其中：
    所述高速采样模块与所述AFFT模块连接，所述AFFT模块与所述选择开关模块连接，所述选择开关模块与所述低速ADC模块连接，所述控制模块分别与所述高速采样模块、所述AFFT模块、所述选择开关模块和所述低速ADC模块连接；
    所述高速采样模块用于对接收信号进行采样，并输出采样信号至所述AFFT模块，所述AFFT模块用于对所述采样信号进行时频转换，并输出模拟频域信号至所述选择开关模块，所述选择开关模块用于将所述模拟频域信号传送至所述低速ADC模块，所述低速ADC模块用于将所述模拟频域信号转换为数字基带信号，所述控制模块用于配置所述高速采样模块的采样速率、所述AFFT模块进行时频转换所用的快速傅氏变换的点数和所述选择开关模块的目标输入端口。
  2. 如权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述高速采样模块包括1个输入端口和M个输出端口，所述M为大于2的整数，
    所述高速采样模块，具体用于根据配置的所述采样速率将所述输入端口依次切换连接到各个所述输出端口，以对所述接收信号进行采样，并将得到的所述采样信号输出至所述AFFT模块。
  3. 如权利要求2所述的接收机，其特征在于，所述接收机还包括时钟模块，所述控制模块通过所述时钟模块与所述高速采样模块连接，
    所述时钟模块，用于向所述高速采样模块发送指定周期的时钟信号，所述指定周期等于所述采样速率的倒数；
    所述高速采样模块，具体用于根据所述时钟信号将所述输入端口依次切换连接到各个所述输出端口。
  4. 如权利要求2所述的接收机，其特征在于，所述采样速率大于两倍的所述接收信号的带宽。
  5. 如权利要求4所述的接收机，其特征在于，所述采样速率达到GHz量级。
  6. 如权利要求2-5任一项所述的接收机，其特征在于，所述AFFT模块包括M个输入端口和M个输出端口，所述AFFT模块的M个输入端口分别与所述高速采样模块的M个输出端口连接，
    所述AFFT模块，具体用于通过所述快速傅氏变换对所述输入端口输入的所述采样信号进行时频转换，并将时频转换得到的所述模拟频域信号通过所述输出端口输出至所述选择开关模块。
  7. 如权利要求6所述的接收机，其特征在于，所述选择开关模块包括M个输入端口和1个输出端口，所述选择开关模块的目标输入端口为所述M个输入端口的其中一个，所述选择开关模块的M个输入端口分别与所述AFFT模块的M个输出端口连接，所述选择开关模块，具体用于通过配置的所述目标输入端口接收所述模拟频域信号，并通过所述输出端口将所述模拟频域信号传送至所述低速ADC模块。
  8. 如权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述低速ADC模块的采样带宽不高于2GHz。
  9. 如权利要求7所述的接收机，其特征在于，所述控制模块，具体用于根据公式
    配置所述高速采样模块的采样速率和所述AFFT模块进行时频转换所用的快速傅氏变换的点数，其中，所述fs表示所述采样速率，所述N表示所述快速傅氏变换的点数，所述N＝2n，所述n为大于1的整数，且所述N不大于 所述M，所述f0表示所述接收信号的中心频率，所述x表示任意自然数，所述B表示所述接收信号的带宽；所述控制模块，还具体用于根据公式
    Bin＝(f0-fs*x)/(fs/N)
    配置所述选择开关模块的所述目标输入端口，其中，所述Bin表示所述目标输入端口的端口号。
  10. 如权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述接收机还包括接收天线、滤波模块和增益低噪声放大器LNA模块，其中：
    所述接收天线与所述滤波模块连接，所述滤波模块与所述增益LNA模块连接，所述增益LNA模块与所述高速采样模块连接，所述接收天线用于接收射频信号，所述滤波模块用于对所述射频信号进行滤波，所述增益LNA模块用于对滤波后的射频信号进行放大以得到所述接收信号。
  11. 一种数字基带信号的获取方法，其特征在于，所述方法包括：
    对接收信号进行采样，以获取采样信号；
    对所述采样信号进行时频转换，以获取模拟频域信号；
    对所述模拟频域信号进行筛选，以获取模拟基带信号；
    对所述模拟基带信号进行模数转换，以获取数字基带信号。
  12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述对接收信号进行采样，以获取采样信号，包括：根据指定的采样速率对接收信号进行采样，以获取采样信号。
  13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述根据指定的采样速率对接收信号进行采样，包括：
    生成指定周期的时钟信号，所述指定周期等于采样速率的倒数；
    根据所述时钟信号对接收信号进行采样。
  14. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述采样速率大于两倍的所述接收信号的带宽。
  15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述采样速率达到GHz量级。
  16. 如权利要求12-15任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述采样信号进行时频转换，以获取模拟频域信号，包括：通过快速傅氏变换对所述采样信号进行时频转换，以获取多个中心频点不同的模拟频域信号。
  17. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述采样速率和所述快速傅氏变换的点数是根据公式
    确定的，其中，所述fs表示所述采样速率，所述N表示所述快速傅氏变换的点数，所述N＝2n，所述n为大于1的整数，所述f0表示所述接收信号的中心频率，所述x表示任意自然数，所述B表示所述接收信号的带宽。
  18. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述对所述模拟频域信号进行筛选，以获取模拟基带信号，包括：
    筛选出中心频点最小的一个模拟频域信号作为所述模拟基带信号。
  19. 如权利要求11至18任一项所述的方法，其特征在于，
    所述对所述采样信号进行时频转换通过模拟快速傅氏变换AFFT来实现。
  20. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述对接收信号进行采样，以获取采样信号之前，还包括：
    接收射频信号；对所述射频信号进行滤波；对滤波后的射频信号进行放大以获取所述接收信号。
  21. 一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有程序，所述程序执行时包括权利要求11至19中任一项所述的步骤。
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