CN107612586B - 一种基于可编程射频移相器的可重配置射频扩频方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于可编程射频移相器的可重配置射频扩频方法，涉及通信技术领域。本发明采用功率分配器将输入射频信号分解为两个同样的信号，然后分别进入两个可编程的射频移相器，射频移相器的输出信号再通过一个功率合成器进行功率合成，最后输出射频信号；控制器将目标扩频序列映射为对应的相位信号，再按照相位信号的变化特征分别对两个射频移相器进行连续控制，最终在合成的信号上实现射频扩频。本发明扩频处理前后射频载波频率不发生变化，信号的带宽实现扩展。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，更具体地说涉及一种基于可编程射频移相器的可重配置射频扩频方法。
背景技术
扩频通信技术能够通过频带的扩展大大提升通信系统的接收性能，提升通信系统的抗干扰水平，在高可靠性传输链路中得到了广泛的应用。目前的扩频通信系统的主要实现方式，包括数字基带扩频处理方式和基于声表面波(Surface-Acoustic-Wave，SAW)器件的射频扩频方式。
数字基带扩频处理方式是目前应用最广泛的方式，其在数字域进行伪随机码的产生和直接序列扩频，完成扩频处理后的数据再通过DAC转换成模拟信号，模拟信号再进行上变频和滤波等操作将信号搬移到目标载波频率。基于数字处理的扩频方式能够充分发挥数字处理的优势，能够灵活进行扩频码的调整，适应能力强。但该方式由于需要在数字域内完成整个扩频过程，而扩频后的信号带宽大大提升，因此数字器件需要具备处理宽带信号的能力。同时，DAC的采样率以及射频通道需满足宽带信号的要求。
基于SAW器件的射频扩频方式是一种传统的模拟扩频方法，利用SAW器件本身在脉冲激励下能够产生特定信号波形的特点，可完成指定扩频码的扩频信号发生。扩频码由SAW器件本身决定，扩频过程在射频域内进行。由于SAW器件为无源器件，具有功耗相对较低的优点。由于基于SAW器件的扩频直接依赖于器件本身，因此SAW器件本身的局限性限制了扩频的性能，主要表现为射频频率范围受限，难于实现GHz频率的信号处理；插入损耗大，特别是当扩频码较长或频段较高时插入损耗可达到几十dB的水平；可重配置性差，器件一旦确定扩频码的码型就确定了，限制其应用。虽然近年来SAW器件得益于工艺水平的提升，其器件的局限性有所减弱，应用面得到扩展，但SAW器件的本质特性是不会改变的。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种全新的射频扩频实现方法，本方法基于可编程射频移相器直接对射频信号进行扩频处理，扩频处理前后射频载波频率不发生变化，信号的带宽实现扩展。
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明是通过下述技术方案实现的：
一种基于可编程射频移相器的可重配置射频扩频方法，其特征在于：首先采用功率分配器将输入射频信号分解为两个同样的信号，然后分别进入两个可编程的射频移相器，射频移相器的输出信号再通过一个功率合成器进行功率合成，最后输出射频信号；所述两个可编程的射频移相器通过一个控制器对相位值进行控制，所述控制器将目标扩频序列映射为对应的相位信号，再按照相位信号的变化特征分别对两个射频移相器进行连续控制，最终在合成的信号上实现射频扩频。
所述控制器为微控制器或现场可编程门阵列。
假设射频输入信号为单音信号x(t)，经过功率分配器输出两个信号都为x(t)/2，两个射频移相器的输出分别表示为y1(t)和y2(t)，两路射频移相器的相位控制量分别为θ1(t)和θ2(t)，且满足：
θ1(t)+θ2(t)＝2π (1)；
假设经过两路射频移相器后再最终合成的信号用yC(t)表示，那么yC(t)满足：
将式(1)代入式(2)并进行化简后，yC(t)可表示为：
yC(t)＝cos(2πfCt+θ0)·cos(θ1(t)) (3)；
令g(t)表示cos(θ1(t))，那么yC(t)可进一步表示为：
yC(t)＝x(t)·g(t) (4)。
通过改变θ1(t)实现可重构的g(t)扩频序列波形；当g(t)为方波信号时，实测得到的扩频前后的信号波形为扩频后的信号频谱的主带宽以外衰减缓慢；当g(t)为升余弦成形的扩频码时，实测得到的扩频前后的信号波形为扩频后的信号频谱的主带宽以外衰减迅速，带外特性能够得到有效控制。
与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：
1、本发明基于可编程射频移相器直接对射频信号进行扩频处理，扩频处理前后射频载波频率不发生变化，信号的带宽实现扩展。本发明是通过可重配置移相器完成两个连续信号的乘法运算，其控制原理是通过将其中一个低频信号映射为对应的相位信号，再按照相位信号的变化特征分别对两个可重配置移相器进行连续控制，最终在合成的信号上实现射频扩频。本发明对于相位的控制是动态持续进行的，对移相器的调控速率可远远大于信号的变化速率，除信号功率受移相器调控外，信号的频谱特性也受到移相器的调控。为实现对MHz带宽信号的处理，移相器的调控速率需达到数十MHz，目前商用移相器已能够支持该量级的调控速率。
2、与现有技术相比，如国家知识产权局于2003年3月26日公开的公开号为CN1104088C的发明专利，该现有技术控制原理是通过一个移相器使得源自同一信号的两个射频信号产生某个固定的相位差，再通过功率合成器以实现输出功率的快速调节。该专利对移相器的控制仅在功率控制发生时刻进行，其它时刻移相器的相位是固定的，不随时间改变。可以认为该专利对移相器的调控是一种静态调控方式，信号的带宽不受移相器影响。而本发明是基于可重配置射频移相器高速动态配置的特点，完成低频连续信号与射频信号的乘法运算，以重构信号频谱特性为目的，而不单纯调整输出信号功率。
3、相比于基于SAW器件的射频扩频技术，本发明具有可灵活重配置的优点。传统技术受限于SAW器件本身，其可重配置特性差，而本发明基于可编程射频移相器可在数字域进行灵活编程和配置，可支持各种直接序列扩频码码型，并可实时进行调整，接近数字实现方式的灵活程度；相比于基于SAW器件的射频扩频技术，本发明能够有效抑制扩频信号的带外特性。SAW器件通过电压极性控制的方式实现扩频波形的产生，其产生的扩频波形与本发明中采用方波进行扩频的结果一致，且前者仅能产生这种形式的波形。而本发明可通过对扩频波形的设计实现复杂的波形特性，有效抑制扩频信号的带外扩展；相比于基于SAW器件的射频扩频技术，本发明的应用条件更加简单。本发明进行扩频处理的过程与输入信号相互独立，不依赖于信号的任何基带特征信息，比如调制体制，信号带宽，成形方式等，可直接应用于定型产品的射频端，提升系统能力。
附图说明
图1为本发明基于射频移相器射频扩频的产品结构图；
图2为方波扩频码射频扩频实测图；
图3为升余弦成形扩频码射频扩频实测图。
具体实施方式
下面结合说明书附图1-3，对本发明的技术方案作出进一步的说明和补充。
实施例1
作为本发明一较佳实施例，参照说明书附图1-3，本实施例公开了：
一种基于可编程射频移相器的可重配置射频扩频方法，首先采用功率分配器将输入射频信号分解为两个同样的信号，然后分别进入两个可编程的射频移相器，射频移相器的输出信号再通过一个功率合成器进行功率合成，最后输出射频信号；所述两个可编程的射频移相器通过一个控制器对相位值进行控制，所述控制器将目标扩频序列映射为对应的相位信号，再按照相位信号的变化特征分别对两个射频移相器进行连续控制，最终在合成的信号上实现射频扩频。所述控制器可以是微控制器，也可以是现场可编程门阵列。
实施例2
作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图1-3，本实施例公开了：
一种基于可编程射频移相器的可重配置射频扩频方法，首先采用功率分配器将输入射频信号分解为两个同样的信号，然后分别进入两个可编程的射频移相器，射频移相器的输出信号再通过一个功率合成器进行功率合成，最后输出射频信号；所述两个可编程的射频移相器通过一个控制器对相位值进行控制，所述控制器将目标扩频序列映射为对应的相位信号，再按照相位信号的变化特征分别对两个射频移相器进行连续控制，最终在合成的信号上实现射频扩频。射频扩频处理通过采用可编程射频移相器对射频信号的相位进行调整实现。具体可以表现为：
假设输入信号为单音信号x(t)，其射频载波频率为fC，初始相位为θ0，该信号可表示为：
x(t)＝cos(2πfCt+θ0) (1)；
通过可编程射频移相器在x(t)上附加一个相位控制量θ(t)，那么移相后的信号y(t)可表示为：
图1中，假设射频输入信号仍然为单音信号x(t)，经过功率分配器输出两个信号都为x(t)/2。两个移相器的输出分别表示为y1(t)和y2(t)，两路移相器的相位控制量分别为θ1(t)和θ2(t)，且满足：
θ1(t)+θ2(t)＝2π (3)；
假设经过两路移相器后再最终合成的信号用yC(t)表示，那么yC(t)满足：
将式(3)代入式(4)并进行化简后，yC(t)可表示为：
yC(t)＝cos(2πfCt+θ0)·cos(θ1(t)) (5)；
令g(t)表示cos(θ1(t))，那么yC(t)可进一步表示为：
yC(t)＝x(t)·g(t) (6)；
从式(6)可以看出，经过图1所示结构后，通过移相的方式完成了输入信号x(t)与扩频码g(t)的乘法运算关系。并且可通过改变θ1(t)实现可重构的g(t)扩频序列波形。
当g(t)为方波信号时，实测得到的扩频前后的信号波形如图2所示，扩频后的信号频谱的主带宽以外衰减缓慢。当g(t)为升余弦成形的扩频码时，实测得到的扩频前后的信号波形如图3所示，主带宽以外衰减迅速，带外特性能够得到有效控制。
Claims (3)
1.一种基于可编程射频移相器的可重配置射频扩频方法，其特征在于：首先采用功率分配器将输入射频信号分解为两个同样的信号，然后分别进入两个可编程的射频移相器，射频移相器的输出信号再通过一个功率合成器进行功率合成，最后输出射频信号；所述两个可编程的射频移相器通过一个控制器对相位值进行控制，所述控制器将目标扩频序列映射为对应的相位信号，再按照相位信号的变化特征分别对两个射频移相器进行连续控制，最终在合成的信号上实现射频扩频；
假设射频输入信号为单音信号
，经过功率分配器输出两个信号都为
，两个射频移相器的输出分别表示为
和
，两路射频移相器的相位控制量分别为
和
，且满足：
假设经过两路射频移相器后再最终合成的信号用
表示，那么
满足：
将式(1)代入式(2)并进行化简后，
可表示为：
式中，
表示射频载波频率，
表示初始相位值；令
表示
，代表扩频序列波形，那么
可进一步表示为：
2.如权利要求1所述的一种基于可编程射频移相器的可重配置射频扩频方法，其特征在于：所述控制器为微控制器或现场可编程门阵列。
3.如权利要求1所述的一种基于可编程射频移相器的可重配置射频扩频方法，其特征在于：通过改变
实现可重构的
扩频序列波形；当
为方波信号时，实测得到的扩频前后的信号波形为扩频后的信号频谱的主带宽以外衰减缓慢；当
为升余弦成形的扩频码时，实测得到的扩频前后的信号波形为扩频后的信号频谱的主带宽以外衰减迅速，带外特性能够得到有效控制。
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