CN108337049A - 用于处理电磁信号的系统和方法 - Google Patents

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CN108337049A CN201810052515.4A CN201810052515A CN108337049A CN 108337049 A CN108337049 A CN 108337049A CN 201810052515 A CN201810052515 A CN 201810052515A CN 108337049 A CN108337049 A CN 108337049A
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Abstract

描述了一种用于处理电磁信号的系统(10)，其中，该系统(10)包括具有有限动态范围的发送路径(16)和被定位在发送路径(16)的上游的预先选择单元(22)。预先选择单元(22)被配置为预先选择信号部分并被配置为控制输出电磁信号的电平。另外，描述了一种用于处理电磁信号的方法。

Description

用于处理电磁信号的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于处理电磁信号的系统以及用于处理电磁信号的方法。
背景技术
用于处理电磁信号的系统能够用于发送电磁信号和/或用于接收电磁信号。电磁信号可以经由天线系统发送和/或接收。在用于接收电磁信号的系统中，天线系统接收电磁波，其被转换成用于进一步处理的电信号(具体是电流)。电信号经由发送路径被发送到无线电接收器以用于分析目的。
由于系统的安装现场处的结构限制，使用这种系统的消费者可能必须桥接在天线系统与无线电接收器之间的长距离，例如10至100米或甚至更多。相应地，发送路径必须被使用，其同时确保高信息安全性、高抗干扰性以及很好的性能。这意味着未被授权的人不应具有对经由发送路径发送的信息的任何访问(高信息安全性)。另外，不应从发送路径发射电磁辐射(具体是寄生电磁干扰)或将电磁辐射辐照到发送路径中(高抗干扰性)。另外，宽动态范围、低噪声因素和高线性应由系统确保(很好的性能)。总体上，很好的性能对应于由系统处理的很好的射频数据。
在现有技术中，已知用于处理电磁信号的若干系统，甚至在天线系统与无线电接收器之间必须桥接长距离的情况下。例如，已知使用同轴发送线路来发送经由天线系统接收到的射频信号的系统，因为这确保宽带信号能够在实现高线性的同时被发送。然而，同轴发送线路具有频率相关的高衰减。
另外，已知例如经由局域网发送线路(LAN连接)数字地发送信息的系统，因为信号能够以无损方式在长距离上被发送。然而，信息安全性较低，因为现有网络必须被使用，其中，未授权的人可能侵入到网络中。另外，局域网连接仅仅能够用于将无线电接收器与控制和/或分析单元连接。因此，无线电接收器必须靠近天线系统被安装。
在现有技术中还已知使用光纤线缆来发送经由天线系统接收到的射频信号。这被称为射频光纤传输(RFoF)。因此，由天线系统获得的电信号必须被转换成被发送到无线电接收器的光信号，其中，光信号在无线电接收器之前被重新转换成电信号。光学发送路径确保低衰减(损耗)和高信息安全性。然而，光学发送路径具有有限动态范围、高噪声因素以及导致不想要的谐波的高非线性。
相应地，存在对具有关于性能、动态范围、线性和成本高效的优化特性的用于处理电磁信号的系统的需要。
发明内容
本发明提供了一种用于处理电磁信号的系统，其中，该系统包括具有有限动态范围的发送路径和被定位在发送路径的上游的预先选择单元，其中，预先选择单元被配置为预先选择信号部分并被配置为控制输出电磁信号的电平。
另外，本发明提供了一种用于具体地通过使用如以上所描述的系统来处理电磁信号的方法，具有以下步骤：
-经由天线系统接收电磁信号；
-通过使用预先选择单元预先选择所述电磁信号；
-经由具有有限动态范围的发送路径发送所述电磁信号，所述发送路径具体为光学发送路径；以及
-经由连接到所述预先选择单元的无线电接收器经由所述发送路径接收所述电磁信号。
本发明基于如下发现：具有有限动态范围的发送路径能够通过将预先选择单元定位在发送路径的上游使得由非线性引起的干扰影响在经由发送路径发送之前被减少(具体地被滤波)来最大化使用。因此，不想要的谐波或谐波失真信号能够通过使用预先选择单元而被抑制或消除。另外，预先选择单元具有确保动态范围能够在将电磁信号转发到发送路径之前被恰当地转变使得因为没有压缩发生而以最优方式经由发送路径发送电磁信号的电平控制。相应地，电磁信号能够关于输出电平被控制并且在预先选择步骤期间被滤波。
总体上，预先选择单元的电平控制可以被形成为自动增益控制。因此，被转发到发送路径的电磁信号的输出电平被维持恒定，而不管接收到的电磁信号的电平如何。另外，动态范围可以相对于电磁信号的电平被自动转变。
根据一方面，提供了连接到预先选择单元的天线系统。接收到的电磁信号可以为电磁波，通过天线系统将电磁波转换成电信号，具体为电流，其被转发到预先选择单元。预先选择单元被直接连接到天线系统使得接收到的电磁信号的信号部分，具体为恰当转换的电信号，最初由预先选择单元预先选择，使得由非线性引起的干扰影响在开始被减少。因此，谐波失真由预先选择单元抑制。
具体地，发送路径为光学发送路径。因此，确保低衰减和高抗干扰性。因为在预先选择单元中预处理经由光学发送路径发送的电磁信号，所以光学发送路径的低动态范围被最大化使用。因此，低动态范围仅仅是显著减少的缺点。光学发送路径可以包括用于桥接长距离的光纤。
根据特定实施例，提供光学发送器，光学发送器被定位在预先选择单元的下游。光学发送器为光学发送路径的部分，具体为光学发送路径的开始。因此，光学发送器能够被认为是电信号与光信号之间的第一接口。由预先选择单元预处理的电信号被转换成经由光学发送路径发送的光信号，确保低损耗和高抗干扰性。光学发送器与光纤连接，其中，光学发送器将光信号发送到该光纤。
另外，可以提供光学接收器，光学接收器被定位在光学发送器的下游。光学接收器对应于光学发送路径的结尾，因为其将光信号(重新)转换成电信号。因此，光学发送器是光学发送路径的第二接口。电信号能够进一步由连接到光学发送器的系统的其他部件(例如无线电接收器)处理。光学接收器与光纤连接，其中，光学接收器从光纤接收光信号。
总体上，电磁信号可以为光信号、电信号和/或电磁波。通常，信号被转换若干次，因为天线系统接收被转换成电信号(具体为电流)的电磁波。电信号之后被转换成光信号，光信号稍后被重新转换成电信号。所有这些信号包括与由天线系统接收到的原始电磁波相同的信息和/或数据。然而，不同类型的信号，具体为电磁波、电信号和光信号落入通用术语电磁信号之下。
根据一方面，提供了宽带无线电接收器，宽带无线电接收器被定位在发送路径的下游，具体为光学接收器的下游。预先选择单元不直接连接到宽带无线电接收器，因为发送路径被定位在预先选择单元与宽带无线电接收器之间。因此，预先选择单元不是宽带无线电接收器的部分，因为其是相对于宽带无线电接收器单独地形成的。仅仅没有任何干扰信号部分的预先选择的电磁信号被转发到宽带无线电接收器，该电磁信号已经经由具有有限动态范围的发送路径被发送。因为发送路径被定位在预先选择单元与宽带无线电接收器之间，所以预先选择单元和宽带无线电接收器在彼此之间具有长距离。
根据另一方面，宽带无线电接收器经由反馈线路连接到预先选择单元。因此，宽带无线电接收器被配置为获得关于预先选择单元的状态的信息。这意味着永久地告知被定位在发送路径的下游的宽带无线电接收器被定位在发送路径的上游的预先选择单元的交互。例如，宽带无线电接收器接收关于预先选择单元关于预先选择参数和电平控制如何影响接收到的电磁信号的信息。这确保避免由天线系统接收到的电磁信号的误解读。例如，告知无线接收器预先选择单元中的衰减元件是打开的。因为宽带无线电接收器接收到该信息，所以宽带无线电接收器能够确定接收到的电磁信号的正确电平。宽带无线电接收器经由反馈线路在没有任何停机时间的情况下连续地从预先选择单元接收信息。
具体地，宽带无线电接收器被配置为控制预先选择单元。因此，无线电接收器还能够直接与预先选择单元交互以便指定要由预先选择单元用于预处理接收到的电磁信号的参数。例如，宽带无线电接收器能够调节预先选择单元的滤波器和/或衰减元件。反馈线路被配置为控制和反馈线路。
根据特定实施例，预先选择单元被配置为自控制的和/或由连接到预先选择单元的外部部件控制。因此，预先选择单元能够自动确定要在预先选择过程期间使用的参数。备选地或补充地，外部部件能够用于控制预先选择单元，具体地其中，外部部件可以由系统的用户控制。
总体上，预先选择单元能够由它自己、宽带无线电接收器和或连接到预先选择单元的外部部件控制和/或调节。控制和/或调节可以部分地通过这些不同的模块来执行。
所述系统可以包括第一设备，所述第一设备包括天线系统、预先选择单元和/或光学发送器。另外，所述系统可以包括第二设备，所述第二设备包括光学接收器和/或宽带无线电接收器。两个设备可以经由发送路径的光纤与彼此连接，使得光纤在长距离上连接两个单独形成的设备。每个设备的部件可以分别至少部分地被容纳在共同壳体中。例如，第一设备的天线系统(如果有的话)仅仅被部分地容纳。
此外，可以提供控制和分析单元，具体地其中，控制和分析单元连接到宽带无线电接收器。因此，从在宽带无线电接收器中处理的电磁信号获得的数据或信息被转发到控制和分析单元以用于分析和控制目的。控制和分析单元可以具有能够由系统的消费者使用的运作部件以便做出关于系统的特定设置。
具体地，预先选择单元包括至少一个亚倍频程滤波器。亚倍频程滤波器是用于预先选择接收到的电磁信号的信号部分的带通滤波器。总体上，亚倍频程滤波器是可调谐的且可切换的以便减少不想要的输入信号(部分)的数量。相应地，能够在经由发送路径连接到预先选择单元的无线接收器中有效地防止谐波失真信号。具体地，可以提供包括若干亚倍频程带通滤波器的滤波器库。
根据一方面，通过在发送步骤之前使用光学发送器将电磁信号转换成光信号和/或通过在发送步骤之后使用光学接收器将电磁信号重新转换成电信号。因此，光学发送器和光学接收器对应于电信号与光信号之间的接口。此外，两个光学单元是发送路径的部分，具体地其中，光学发送器和光学接收器分别对应于发送路径的开始和其结尾。
此外，预先选择单元可以为自控制的，由无线接收器控制和/或由连接到预先选择单元的第三部件控制。相应地，不同的部件能够用于控制预先选择单元。这些不同的部分可以单独地用于控制目的或者或者以组合的方式用于控制目的使得不同的参数由系统的不同部分控制。
附图说明
现在将参考附图中示出的优选实施例描述本发明。在附图中：
-图1示意性地示出了根据本发明的用于处理电磁信号的系统，以及
-图2示出了表示根据本发明的用于处理电磁信号的方法的流程图。
具体实施方式
下面参考附图阐述的详细描述旨在为所公开的主题的各种实施例的描述并且不旨在表示仅有的实施例，其中，类似的附图标记引用类似的元件。本公开内容中描述的每个实施例仅仅被提供为示例或图示并且不应当被理解为优先于其他实施例或比其他实施例有利。本文中提供的说明性示例不旨在为穷尽的或者不旨在将要求保护的主题限于所公开的精确形式。
在图1中，示出了用于处理电磁信号的系统10，其包括经由具有有限动态范围(有限动态)的发送路径16与彼此连接的天线系统12和宽带无线电接收器14。在示出的实施例中，发送路径16由光学发送路径建立。
天线系统12被定位在天线站点18处，而宽带无线电接收器14被定位在接收器站点20处。两个站点18、20可以距离彼此远达长距离，例如10–100米或甚至更多。相应地，长距离必须由发送路径16桥接，其中在经由发送路径16发送电磁信号时必须确保高信息安全性、高抗干扰性和很好的性能。
系统10包括直接连接到天线系统12的预先选择单元22，使得经由天线系统12接收到的电磁信号由预先选择单元22预处理。
另外，预先选择单元22连接到发送路径16，其中，发送路径16包括对应于(光学)发送路径16的开始的光学发送器24，因为光学发送器24将接收到的电磁信号(具体为电信号)转换成光信号。光学发送器24直接连接到预先选择单元22。换言之，预先选择单元22被相互连接在天线系统12与光学发送器24之间，使得天线系统12和光学发送器24分别被定位在预先选择单元22的上游和下游。
(光学)发送路径16的结尾由直接连接到宽带无线电接收器14的光学接收器26形成。
如已经提到的，光学发送路径16包括分别对应于光学发送路径16的开始和结尾的光学发送器24和光学接收器26。另外，提供了将光学发送器24和光学接收器26相互连接的光纤28。该光纤28用于桥接被提供在天线站点18与接收器站点20之间的长距离。
总体上，光学发送路径16(具体为光纤28)在处理电磁信号时确保低衰减(损耗)和高抗电磁干扰性。
此外，系统10包括直接连接到宽带无线电接收器14的控制和分析单元30，使得由无线电接收器14获得的数据被转发到控制和分析单元30。控制和分析单元30还可以具有运作功能使得系统10的消费者可以经由控制和分析单元30做出关于系统10的设置。
宽带无线电接收器14还经由控制和反馈线路32以双向方式与预先选择单元22连接，使得能够在宽带无线电接收器14与预先选择单元22之间交换数据，如稍后将关于系统10的功能和图2的流程图中图示的方法进行描述的。
在示出的实施例中，预先选择单元22具有包括若干亚倍频程(带通)滤波器36以及电平控制38的滤波器库34。滤波器库34用于减少不想要的输入信号的数量，并且因此恰当地防止谐波信号的生成。
电平控制38被形成为自动增益控制，使得在预先选择单元22处输出的并被转发到发送路径16的电磁信号的电平被维持恒定，而不管经由天线系统12接收到的电磁信号的电平如何。
另外，能够将动态范围相对于接收到的电磁信号的电平自动转变。因此，可用动态范围被优化。
图1中示出的系统10能够用于执行由图2的流程图图示的方法。
根据流程图，系统10经由天线系统12接收电磁信号，具体是电磁波。电磁波可以对应于射频信号。
天线系统12将电磁波转换成电信号，例如电流。之后，电信号，具体是电流，被转发到预先选择单元22以用于预处理目的。
预先选择单元22的滤波器库34，具体为其若干亚倍频程滤波器36，减少不想要的传入信号的数量或接收到的电磁信号的不想要的部分的数量。因此，防止不想要的谐波被生成。相应地，经由天线系统12接收到的电磁信号由预先选择单元22预先选择，从而确保仅仅想要的信号(部分)被转发以用于进一步处理。
另外，电磁信号的电平经由预先选择单元22的电平控制38来控制。如已经提到的，电平控制38可以为自动增益控制，使得输出信号的电平基本上被维持恒定，而不管由天线系统12接收到的电磁信号的电平如何。
之后，预先选择的电磁信号被转发到光学发送器24，其将电信号转换成光信号，使得光信号经由光纤28在长距离上被转发。相应地，光纤28可以具有若干米的长度，例如10–100米或甚至更多。
对应于光学发送路径16的结尾的光学接收器26将光信号重新转换成电信号以用于进一步处理。转发的电信号之后由宽带无线电接收器14接收以便收集由接收到的电磁信号递交的信息和/或数据。
在宽带无线电接收器14中获得的该信息或数据被提供到控制和分析单元30以用于分析目的。
宽带无线电接收器14经由控制和反馈线路32被永久连接到预先选择单元22。因此，无线电接收器14接收关于预先选择单元22的状态的信息，例如由预先选择单元22在预先选择过程期间在没有任何停机时间的情况下连续地使用的参数。可以告知宽带无线电接收器14滤波器库34的状态，具体为可调谐且可切换亚倍频程滤波器36的状态以及电平控制38的状态。相应地，使得宽带无线电接收器14能够确定由系统10接收和处理的电磁信号的正确参数。
例如，告知宽带无线电接收器14由预先选择单元22(具体为电平控制38)执行的任何衰减。因此，宽带无线电接收器14使用该信息来确定没有已经由预先选择单元22进行的衰减的经由天线系统12接收到的电磁信号的正确电平(原始功率)。
额外地，宽带无线电接收器14能够至少部分地控制预先选择单元22，这意味着宽带无线电接收器14指定由预先选择单元22使用以预处理电磁信号的参数。
另外，预先选择单元22可以被配置为自控制的。备选地或补充地，预先选择单元22能够由连接到预先选择单元22的外部部件控制。该外部部件能够由系统10的用户手动控制。
预先选择单元22的控制和调节能够仅仅由预先选择单元22(自控制)执行、由宽带无线电接收器14或外部部件执行。备选地或补充地，这些模块能够同时部分地控制和调节预先选择单元22，例如，某些参数由宽带无线电接收器14控制，而其他参数由预先选择单元22以自控制方式控制和由外部部件控制。
此外，天线系统12、预先选择单元22和/或光学发送器24可以为第一设备40的部分，而光学接收器26、宽带无线电接收器14和/或控制和分析单元30是第二设备42的部分。两个设备40、42被单独地形成并且经由光纤28与彼此连接。例如，预先选择单元22和光学发送器24可以被容纳在第一设备40的共同壳体中。另外，光学接收器26、宽带无线电接收器14和/或控制和分析单元30可以被容纳在对应于第二设备42的另一共同壳体中。相应地，这些设备40、42均能够被调整使得它们可以与已经存在的系统一起使用。
总体上，系统10确保高信息安全性、高抗干扰性和良好性能，甚至在天线系统12与宽带无线电接收器14之间必须桥接长距离的情况下。
通过使用光学发送路径具体是光纤28来确保高安全性和高抗干扰性。在使用光学发送路径时通常出现的诸如低动态范围、高噪声因素和高非线性的缺陷得到补偿，因为预先选择单元22被定位在光学发送路径16的上游。预先选择单元22确保发送路径16的动态范围被最大化使用。相应地，通过预先选择单元22来预处理接收到的电磁信号，使得以最优方式使用光学发送路径16。例如，通过使用滤波器库34来使非线性的干扰影响最小化。因此，谐波干扰得到抑制。另外，通过预先选择单元22的电平控制38将动态范围转变到其最优值。因此，避免了电磁信号的压缩。

Claims (15)

1.一种用于处理电磁信号的系统(10)，其中，所述系统(10)包括具有有限动态范围的发送路径(16)和被定位在所述发送路径(16)的上游的预先选择单元(22)，其中，所述预先选择单元(22)被配置为预先选择信号部分并被配置为控制输出电磁信号的电平。
2.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，提供了连接到所述预先选择单元(22)的天线系统(12)。
3.根据权利要求1或2所述的系统(10)，其特征在于，所述发送路径(16)是光学发送路径。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(10)，其特征在于，提供了光学发送器(24)，所述光学发送器(24)被定位在所述预先选择单元(22)的下游。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(10)，其特征在于，提供了光学接收器(26)，所述光学接收器(26)被定位在所述光学发送器(24)的下游。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(10)，其特征在于，提供了宽带无线电接收器(14)，所述宽带无线电接收器(14)被定位在所述发送路径(16)的下游，具体在所述光学接收器(26)的下游。
7.根据权利要求6所述的系统(10)，其特征在于，所述宽带无线电接收器(14)经由反馈线路(32)连接到所述预先选择单元(22)。
8.根据权利要求6或7所述的系统(10)，其特征在于，所述宽带无线电接收器(14)被配置为控制所述预先选择单元(22)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(10)，其特征在于，所述预先选择单元(22)被配置为自控制的和/或由连接到所述预先选择单元(22)的外部部件控制。
10.根据权利要求2和4和/或权利要求5和6所述的系统(10)，其特征在于，提供第一设备(40)和/或第二设备(42)，其中，所述第一设备(40)包括所述天线系统(12)、所述预先选择单元(22)和/或所述光学发送器(24)，所述第二设备(42)包括所述光学接收器(26)和/或所述宽带无线电接收器(14)。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(10)，其特征在于，提供了控制和分析单元(30)，具体地其中，所述控制和分析单元(30)连接到所述宽带无线电接收器(14)。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(10)，其特征在于，所述预先选择单元(22)包括至少一个亚倍频程滤波器(36)。
13.一种用于具体地通过使用根据前述权利要求中的任一项所述的系统(10)来处理电磁信号的方法，具有以下步骤：
a)经由天线系统(12)接收电磁信号；
b)通过使用预先选择单元(22)预先选择所述电磁信号；
c)经由具有有限动态范围的发送路径(16)发送所述电磁信号，所述发送路径具体为光学发送路径；以及
d)经由连接到所述预先选择单元(22)的无线电接收器(14)经由所述发送路径(16)接收所述电磁信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，通过在发送步骤之前使用光学发送器(24)将所述电磁信号转换成光信号和/或通过在发送步骤之后使用光学接收器(26)将所述电磁信号重新转换成电信号。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述预先选择单元(22)是自控制的、由所述无线电接收器(14)控制和/或由连接到所述预先选择单元(22)的第三部件控制。
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