CN112994742A - 一种跳频同步的实现方法、接收机及通信设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种跳频同步的实现方法、接收机及通信设备,该方法包括接收发射机利用第一同步频率表中的多个第一同步频率循环发送的同步信息;按照预设规则将第二同步频率表分成多个频率集,接收机包括多个处理通道,每个频率集对应一个处理通道,第一同步频率表与第二同步频率表中的频率至少部分相同;通过处理通道利用其对应的频率集中的第二同步频率进行同步搜索;根据同步信息中的相关码与第二同步频率对应的相关码的相关性,判断第一同步频率与第二同步频率是否相同,若相同,则接收同步信息,更新时间信息,关闭其他处理通道。通过上述方式,本申请能够提高接收机的同步接收速度,增强抗干扰性。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域,具体涉及一种跳频同步的实现方法、接收机及通信设备。
背景技术
跳频通信是一种载波频率按一定规律不断变化的无线电通信,该通信方法具有较高的抗干扰能力;在实际应用中,为了维持跳频通信双方跳频频率和跳频起止一致性,需要将发射机的跳频信息通过同步信号传输给接收机。接收机通过同步信号校正接收机与发射机之间频率起止时间误差和跳频序列生成参数。
正确接收跳频信号的前提条件是收发双方必须实现跳频同步,即跳频接收机与跳频发射机在相同的时刻使用相同的频率;跳频同步的内容包括:跳频频率表相同,跳频序列相同,跳变的起止时刻相同。同步的可靠性包括同步建立时间以及同步保持时间等多项指标,一般来说,同步建立时间越短越好,同步保持时间越长越好,同步信号在空中存在的时间要尽量短,使敌方难以在相应的时间内发现同步信号。
本申请的发明人在长期研发中发现,现有技术中同步信号在空中的持续时间为n*(n+1)*t,n是同步频率的个数,t是每一跳持续时间;信号在空中暴露的时间随着同步频点个数成对数增长,同步效率低下,而且信号在空中持续时间越长越容易被敌方捕获,从而导致同步过程被敌方破坏,致使跳频通信系统瘫痪。
发明内容
本申请主要解决的问题是提供一种跳频同步的实现方法、接收机及通信设备,能够提高接收机的同步接收速度,增强抗干扰性。
为解决上述技术问题,本申请采用的技术方案是提供一种跳频同步的实现方法,该跳频同步的实现方法包括:接收发射机利用第一同步频率表中的多个第一同步频率循环发送的同步信息,其中,第一同步频率表由发射机根据发射机的时间信息生成,同步信息包括相关码和时间信息;按照预设规则将第二同步频率表分成多个频率集,其中,第二同步频率表由接收机根据接收机的时间信息生成,接收机包括多个处理通道,每个频率集对应一个处理通道,第一同步频率表与第二同步频率表中的频率至少部分相同;通过每个处理通道利用其对应的频率集中的第二同步频率进行同步搜索;根据同步信息中的相关码与第二同步频率对应的相关码的相关性,判断第一同步频率与第二同步频率是否相同,如果第一同步频率与第二同步频率相同,则搜索成功,通过处理通道接收同步信息,更新接收机的时间信息,并关闭其他处理通道。
为解决上述技术问题,本申请采用的另一技术方案是提供一种接收机,该接收机包括控制器、检测电路以及多个处理通道,每个处理通道包括天线、频率合成器以及混频器,每个处理通道对应一个频率集,天线用于接收发射机利用第一同步频率表中的多个第一同步频率循环发送的同步信息,其中,第一同步频率表由发射机根据发射机的时间信息生成,第二同步频率表包括多个频率集,第二同步频率表由接收机根据接收机的时间信息生成,第一同步频率表与第二同步频率表中的频率至少部分相同,同步信息包括相关码和时间信息;频率合成器用于根据伪随机序列,产生对应的本地振荡信号;混频器分别与天线以及频率合成器连接,用于将天线接收到的信号与本地振荡信号混频;检测电路分别与混频器以及控制器连接,用于根据对应的频率集中的多个第二同步频率进行同步搜索,根据所述同步信息中的相关码与所述第二同步频率对应的相关码的相关性,判断第一同步频率与第二同步频率是否相同;若相同,则搜索成功,接收同步信息,控制器控制其他处理通道关闭,更新接收机的时间信息。
为解决上述技术问题,本申请采用的另一技术方案是提供一种通信设备,该通信设备包括互相连接的发射机和接收机,发射机用于发射信号,接收机用于根据信号,调整接收机的时间信息,使得接收机的时间信息与发射机的时间信息的误差在预设范围以内,其中,接收机为上述的接收机。
通过上述方案,本申请的有益效果是:本申请通过接收发射机利用第一同步频率表中的多个第一同步频率循环发送的同步信息;然后按照预设规则将第二同步频率表分成多个频率集,每个处理通道利用频率集中的第二同步频率进行同步搜索;在第一同步频率与第二同步频率相同时,表明搜索成功,通过处理通道接收同步信息,更新接收机的时间信息,并关闭其他处理通道,利用多个处理通道能够减少同步信息在空中的持续时间,能够提高接收机的同步接收速度,降低同步频率被敌方捕获的可能性,增强抗干扰性,提高跳频同步的隐蔽性,提高跳频同步效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述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。其中:
图1是本申请提供的跳频同步的实现方法一实施例的流程示意图;
图2是本申请提供的跳频同步的实现方法一实施例中发射端频率跳变与接收端频率慢扫描示意图;
图3是本申请提供的跳频同步的实现方法另一实施例的流程示意图;
图4是本申请提供的接收机一实施例的结构示意图;
图5是本申请提供的接收机另一实施例的结构示意图;
图6是本申请提供的通信设备一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
本申请采用的同步方法为同步字头法,在发送数据信息之前,先发送一个同步字头,该同步字头中含有生成跳频图案所需的全部信息以及本地时间信息(TOD,Time ofDay),接收机按照同步字头提供的信息实现跳频同步。
参阅图1,图1是本申请提供的跳频同步的实现方法一实施例的流程示意图,该方法包括以下步骤:
步骤11:接收发射机利用第一同步频率表中的多个第一同步频率循环发送的同步信息。
为了实现同步,采用时间信息控制伪随机序列,从而进行跳频图案同步。时间信息是一个时间变量,随时间的变化而变化,由高精度时钟提供,为了保证跳频图案的同步,发射机和接收机的时间信息应该保持一致;但是由于各时钟的独立性,它们的时间是有差异的,导致时间信息也会存在差异,因此发射机将自己的实时时间信息作为一种同步信息进行发送,接收机在捕获到同步信息之后,根据发射机的时间信息来调整自己的时间信息,使得自己的时间信息与发射机的时间信息保持一致。
第一同步频率表由发射机根据发射机的时间信息生成,可以按照预定的算法,伪随机地从跳频频率表中确定;同步信息包括相关码和时间信息,相关码用于接收机识别时间信息,并以采样级的精度精准定位时间息的起始位置,时间信息用于携带发射机的跳频相关信息。发射机根据时间信息生成第一同步频率表,再利用第一同步频率表中的多个第一同步频率循环发送同步信息。
在一具体的实施例中,当第一同步频率的数量为n时,第一同步频率表中的n个第一同步频率作为一组同步频率,重复发送组。例如,当第一同步频率的数量为5时,第一同步频率表为{f1,f2,f3,f4,f5},则利用第一频率表中的所有频率发送同步信息的次数为4次,发射机按照f1→f2→f3→f4→f5的顺序循环发送同步信息4次,则共发送5*4=20次;而现有技术中为了保证同步信息能够被接收机接收到,发射机需要利用n个第一同步频率重复发送n+1组,因此现有技术中需要发送的次数为5*6=30次。
步骤12:按照预设规则将第二同步频率表分成多个频率集。
第二同步频率表由接收机根据接收机的时间信息生成,发射机的时间信息与接收机的时间信息的误差在一定范围内,第二同步频率表的长度与第一同步频率表的长度相同,第一同步频率表与第二同步频率表中的频率至少部分相同,以保证接收机可以搜索到与其频率相同的第一同步频率,获取到同步信息。接收机包括多个处理通道,处理通道的数量大于或等于频率集的数量,每个频率集对应一个处理通道,且各个处理通道相互独立。
预设规则可以为按照奇偶性进行划分、按照顺序等分或者等距离抽样等方式。
在一具体的实施例中,当处理通道的数量为两个时,接收机将第二频率表中的频点等分成两部分,第一个处理通道对应的上频率为fi,第二个处理通道上频率为i的取值范围为0到每个处理通道搜索的频率数量为每个频率的搜索时间为n+2跳,同步信号在空中耗时是现有技术耗时的二分之一,接收同步信号的时间缩短可以降低发射机的功耗。
例如,当n为5时,第二同步频率表为{f0,f1,f2,f3,f4},第一个处理通道对应的频率为{f0,f1,f2},第二个处理通道对应的频率为{f3,f4}。
步骤13:通过每个处理通道利用其对应的频率集中的第二同步频率进行同步搜索。
发射机在同一时刻只能在一个第一同步频率上发送同步信息,接收机的每个处理通道都对同步信号进行搜索,因此同一时刻只有一个处理通道能识别到同步信息。
步骤14:根据同步信息中的相关码与第二同步频率对应的相关码的相关性,判断第一同步频率与第二同步频率是否相同,如果第一同步频率与第二同步频率相同,则搜索成功,通过处理通道接收同步信息,更新接收机的时间信息,并关闭其他处理通道。
相关码和同步频率一一对应,当利用第二同步频率进行搜索时,根据相关峰检测法可以检测到相关码,通过计算可以得到同步信息中的相关码与第二同步频率对应的相关码的相关性,从而判断出第一同步频率与第二同步频率是否相同。
若当前搜索所使用的第二同步频率与第一同步频率相同时,则表明搜索成功,通过处理通道继续接收同步信息,并更新接收机的时间信息,同时关闭其他处理通道;若当前搜索所使用的第二同步频率与第一同步频率均不相同,则利用第二同步频率表中下一个第二同步频率继续扫描,直至搜索成功。接收机利在第二同步频率上进行慢扫描,在一具体的实施例中,当发射机的第一同步频率的数量为n,接收机在发射机发送的n个第一同步频率上扫描,扫描速率为发射机跳频速率的1/(n+1)。
例如,如图2所示,第一同步频率表为{f0,f1,f2,f3,f4},第二同步频率表为{F0,F1,F2,F3,F4},第一处理通道对应的频率集为{F0,F1,F2},第二处理通道对应的频率集为{F3,F4},第一同步频率f3等于第二同步频率F3,第一同步频率f4等于第二同步频率F4。在第一个扫描周期中,第一处理通道在频率F0上慢扫描,第二处理通道在频率F2上慢扫描;在第二个扫描周期中,第一处理通道在频率F1上慢扫描,第二处理通道在频率F3上慢扫描;由于第一同步频率f3等于第二同步频率F3,因而第二处理通道搜索成功,将接收端的时间信息更新为发射端的时间信息,同时将第一处理通道关闭。
本实施例接收发射机利用第一同步频率表中的多个第一同步频率循环发送的同步信息;然后按照预设规则将第二同步频率表分成多个频率集,每个处理通道利用频率集中的第二同步频率进行同步搜索;在第一同步频率与第二同步频率相同时,表明搜索成功,通过处理通道接收同步信息,更新接收机的时间信息,并关闭其他处理通道,利用多个处理通道能够减少同步信息在空中的持续时间,能够提高接收机的同步接收速度,降低同步频率被敌方捕获的可能性,增强抗干扰性,提高跳频同步的隐蔽性,提高跳频同步效率。
参阅图3,图3是本申请提供的跳频同步的实现方法另一实施例的流程示意图,该方法包括以下步骤:
步骤31:接收发射机利用第一同步频率表中的多个第一同步频率循环发送的同步信息。
第一同步频率表由发射机根据发射机的时间信息生成,同步信息包括相关码和时间信息。
步骤32:按照预设规则将第二同步频率表分成多个频率集。
第二同步频率表由接收机根据接收机的时间信息生成,接收机至少包括两个处理通道,每个处理通道对应一个频率集,第一同步频率表与第二同步频率表中的频率至少部分相同。
步骤33:通过每个处理通道利用频率集中的第二同步频率进行同步搜索。
其中,步骤31-33与步骤11-13相同,在此不再赘述。
步骤34:根据同步信息中的相关码与第二同步频率对应的相关码的相关性,判断同步信息中的相关码与第二同步频率对应的相关码的相关性,若同步信息中的相关码与第二同步频率对应的相关码的相关性的相关性大于预设相关性阈值,则判断第一同步频率与第二同步频率相同,搜索成功,通过处理通道接收同步信息,更新接收机的时间信息,并关闭其他处理通道。
计算同步信息中的相关码与第二同步频率对应的相关码的相关性,若计算出的相关性大于预设相关性阈值,则表明当前搜索成功。
在搜索成功之后,锁定当前接收到同步信息对应的第一同步频率,获取第一同步频率携带的同步信息中时间信息的起始位,并进行解调得到时间信息;根据解调出的时间信息更新接收机的时间信息,生成与发射机相同的第一同步频率表;当搜索成功且未获取到时间信息时,即传输出现误码情况时,将关闭的其他处理通道打开,继续进行搜索。
本实施例每个处理通道利用第二同步频率进行同步慢扫描,在第二同步频率对应的相关码与第一同步频率对应的相关码的相关性大于预设相关性阈值时,停止搜索,从同步信息中解调出时间信息,并根据此时间信息来更新接收机的时间信息,使得接收机的时间信息与发射机的时间信息保持一致,实现跳频序列同步,利用多个处理通道能够减少同步信息在空中的持续时间,提高接收机的同步接收速度,增强抗干扰性,提高跳频同步效率。
参阅图4,图4是本申请提供的接收机一实施例的结构示意图,该接收机包括控制器41、检测电路42以及多个处理通道43。
每个处理通道43包括天线431、混频器432以及频率合成器433,处理通道43之间相互独立,拥有独立的频率合成器433,接收机可以同时控制处理通道43的状态从而进行同步信号接收,每个处理通道43对应一个频率集。
天线431用于接收发射机利用第一同步频率表中的多个第一同步频率循环发送的同步信息,其中,第一同步频率表由发射机根据发射机的时间信息生成,第二同步频率表由接收机根据接收机的时间信息生成,第二同步频率表包括多个频率集,第一同步频率表与第二同步频率表中的频率至少部分相同,同步信息包括相关码和时间信息。
频率合成器433用于根据伪随机序列,产生对应的本地振荡信号,该跳频序列为第二同步频率构成的频率集合,其按照预设跳变规则进行跳变,在每一个扫描周期产生一个本地振荡信号,本地振荡信号为发射机端产生的跳频载波信号。
天线431接收到发射机发送过来的同步信号之后,将同步信号发送至混频器432,混频器432分别与天线431以及频率合成器433连接,用于将天线431接收到的信号与本地振荡信号混频。
检测电路42分别与混频器432以及控制器41连接,用于根据对应的频率集中的多个第二同步频率进行同步搜索,根据所述同步信息中的相关码与所述第二同步频率对应的相关码的相关性,判断第一同步频率与第二同步频率是否相同;若相同,则搜索成功,接收同步信息,控制器41控制其他处理通道关闭,更新接收机的时间信息。
本实施例中的接收机包括多个处理通道43,每个处理通道43包括天线431、混频器432以及频率合成器433,天线431用于接收发射机利用第一同步频率循环发送的同步信息,频率合成器433用于产生本地振荡信号,混频器432用于将同步信号与本地振荡信号混频,从而得到同步信息,检测电路42用于在第二同步频率上进行同步慢扫描,判断第一同步频率与第二同步频率是否相同,若相同,则停止搜索,从同步信息中获取时间信息,并调整接收机的时间信息,同时控制器41控制其他处理通道关闭;利用多个处理通道43能够接收不同频点的同步信号,提高接收机同步接收速度,降低发射机发送的同步信号在空中的持续时间,增强抗干扰性。
参阅图5,图5是本申请提供的接收机另一实施例的结构示意图,该接收机包括控制器51、检测电路52、多个处理通道53、跳频序列发生器54以及时钟调整电路55。
每个处理通道53包括天线531、混频器532、频率合成器533、带通滤波器534以及相关计算电路535,每个处理通道51对应一个频率集。
天线531用于接收发射机利用第一同步频率表中的多个第一同步频率循环发送的同步信息,其中,第一同步频率表由发射机根据发射机的时间信息生成,多个频率集组成第二同步频率表,第二同步频率表由接收机根据接收机的时间信息生成,第一同步频率表与第二同步频率表中的频率至少部分相同,同步信息包括相关码和时间信息。
频率合成器533用于根据伪随机序列,产生对应的本地振荡信号;混频器532分别与天线531以及频率合成器533连接,用于将天线531接收到的信号与本地振荡信号混频。
带通滤波器534与混频器532以及检测电路52连接,用于滤除混频器输出的信号中的干扰信号。
相关计算电路535通过带通滤波器534与混频器532连接,用于获取第一同步频率对应的相关码,并计算第一同步频率对应的相关码与同步信息中的相关码的相关性。
检测电路52与相关计算电路535连接,用于判断相关性是否大于预设相关性阈值,若获取到的相关性大于预设相关性阈值,则从同步信息中提取发射机的时间信息,并发送控制信号给控制器51,以使得控制器51关闭其他处理通道中的频率合成器533,并更新接收机的时间信息。
时钟调整电路55与控制器51以及跳频序列发生器54连接,控制器51用于在搜索成功时,将时间信息发送至时钟调整电路55,时钟调整电路55用于根据时间信息,将接收机的时间信息更新为发射机的时间信息。
跳频序列发生器54与频率合成器533连接,用于根据接收机的时间信息产生伪随机序列,以控制频率合成器533,使得频率合成器533生成本地振荡信号;跳频序列发生器54用于按照预设的规则生成多组伪随机码,并按照每组伪随机码中随机码的顺序依次发送给对应的频率合成器533,使得频率合成器533生成的本地振荡信号的频率跟随伪随机码跳变。
每个处理通道53的混频器532、带通滤波器534、相关计算电路535与检测电路52、控制器51、时钟调整电路55以及跳频序列发生器54形成闭合环路,动态调整接收机的本地时间,最终实现本接收机的本地时间对发射机的本地时间的跟随。
本实施例中的接收机包括多个处理通道53,每个处理通道53在第二同步频率上进行同步慢扫描,在第一同步频率与第二同步频率相同时停止搜索,从同步信息中获取时间信息,并发送给时钟调整电路55,从而调整接收机的时间信息;利用多个处理通道53能够提高接收机同步接收速度,降低发射机发送的同步信号在空中的持续时间,增强抗干扰性。
参阅图6,图6是本申请提供的通信设备一实施例的结构示意图,该通信设备包括互相连接的发射机61和接收机62,发射机61用于发射信号,该信号中携带发射机61的时间信息,接收机62用于根据接收到的信号,调整接收机62的时间信息,使得接收机62的时间信息与发射机61的时间信息的误差在预设范围以内,其中,接收机62为上述实施例中的接收机。
以上仅为本申请的实施例,并非因此限制本申请的专利范围,凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种跳频同步的实现方法,其特征在于,包括:
接收发射机利用第一同步频率表中的多个第一同步频率循环发送的同步信息,其中,所述第一同步频率表由所述发射机根据所述发射机的时间信息生成,所述同步信息包括相关码和时间信息;
按照预设规则将第二同步频率表分成多个频率集,其中,所述第二同步频率表由接收机根据所述接收机的时间信息生成,所述接收机包括多个处理通道,其中,每个所述频率集对应一个所述处理通道,所述第一同步频率表与所述第二同步频率表中的频率至少部分相同;
通过每个所述处理通道利用其对应的频率集中的第二同步频率进行同步搜索;
根据所述同步信息中的相关码与所述第二同步频率对应的相关码的相关性,判断所述第一同步频率与所述第二同步频率是否相同,如果所述第一同步频率与所述第二同步频率相同,则搜索成功,通过所述处理通道接收所述同步信息,更新所述接收机的时间信息,并关闭其他处理通道。
2.根据权利要求1所述的跳频同步实现方法,其特征在于,所述根据所述同步信息中的相关码与所述第二同步频率对应的相关码的相关性,判断所述第一同步频率与所述第二同步频率是否相同的步骤,包括:
判断所述同步信息中的相关码与所述第二同步频率对应的相关码的相关性是否大于预设相关性阈值;
若所述同步信息中的相关码与所述第二同步频率对应的相关码的相关性的相关性大于所述预设相关性阈值,则判断所述第一同步频率与所述第二同步频率相同,搜索成功。
3.根据权利要求1所述的跳频同步实现方法,其特征在于,所述方法还包括:
在搜索成功之后,获取所述同步信息中所述时间信息的起始位,并进行解调得到所述时间信息;
根据解调出的所述时间信息更新所述接收机的时间信息,生成与所述发射机相同的所述第一同步频率表。
4.根据权利要求1所述的跳频同步实现方法,其特征在于,所述方法还包括:
当搜索成功且未获取到所述时间信息时,将关闭的所述其他处理通道打开,继续搜索。
5.一种接收机,其特征在于,包括控制器、检测电路以及多个处理通道,每个所述处理通道包括天线、频率合成器以及混频器,每个所述处理通道对应一个频率集,
所述天线用于接收发射机利用第一同步频率表中的多个第一同步频率循环发送的同步信息,其中,所述第一同步频率表由所述发射机根据所述发射机的时间信息生成,第二同步频率表由所述接收机根据所述接收机的时间信息生成,所述第二同步频率表包括多个所述频率集,所述第一同步频率表与所述第二同步频率表中的频率至少部分相同,所述同步信息包括相关码和时间信息;
所述频率合成器用于根据伪随机序列,产生对应的本地振荡信号;
所述混频器分别与所述天线以及所述频率合成器连接,用于将所述天线接收到的信号与所述本地振荡信号混频;
所述检测电路分别与所述混频器以及所述控制器连接,用于根据对应的频率集中的多个第二同步频率进行同步搜索,根据所述同步信息中的相关码与所述第二同步频率对应的相关码的相关性,判断所述第一同步频率与所述第二同步频率是否相同;若相同,则搜索成功,接收所述同步信息,所述控制器控制其他处理通道关闭,更新所述接收机的时间信息。
6.根据权利要求5所述的接收机,其特征在于,
所述处理通道还包括相关计算电路,所述相关计算电路与所述混频器连接,用于获取所述第一同步频率对应的相关码,并计算所述第一同步频率对应的相关码与所述同步信息中的相关码的相关性,所述检测电路用于判断所述相关性是否大于预设相关性阈值,若是,从所述同步信息中提取所述发射机的时间信息,并发送控制信号给所述控制器,以使得所述控制器关闭所述其他处理通道中的所述频率合成器。
7.根据权利要求5所述的接收机,其特征在于,
所述接收机还包括跳频序列发生器,所述跳频序列发生器与所述频率合成器连接,用于根据所述接收机的时间信息产生伪随机序列,以控制所述频率合成器,使得所述频率合成器生成所述本地振荡信号。
8.根据权利要求7所述的接收机,其特征在于,
所述接收机还包括时钟调整电路,所述时钟调整电路与所述控制器以及所述跳频序列发生器连接,所述控制器用于在搜索成功时,将所述时间信息发送至所述时钟调整电路,所述时钟调整电路用于根据所述时间信息,将所述接收机的时间信息更新为所述发射机的时间信息。
9.根据权利要求5所述的接收机,其特征在于,
所述接收机包括带通滤波器,所述带通滤波器与所述混频器以及所述检测电路连接,用于滤除所述混频器输出的信号中的干扰信号。
10.一种通信设备,其特征在于,包括互相连接的发射机和接收机,所述发射机用于发射信号,所述接收机用于根据所述信号,调整所述接收机的时间信息,使得所述接收机的时间信息与所述发射机的时间信息的误差在预设范围以内,其中,所述接收机为权利要求5-9中任一项所述的接收机。
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