CN113795034B - 通信信号群模拟系统和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及通信信号模拟技术领域，公开一种通信信号群模拟系统和装置，所述系统包括参数配置模块，被配置为生成系统工作时所需要的配置参数和控制信息；信号数量控制模块，被配置为根据所述控制信息控制系统同时生成信号的数量；信号生成模块，被配置为根据配置参数生成多路数字中频信号；信道模拟模块，被配置为对所述多路数字中频信号进行信道模拟；信号滤波模块，被配置为对所述多路数字中频信号分别或同时进行带通滤波处理；信号频带处理模块，被配置为对所述多路数字中频信号进行中频处理和射频处理，并通过天线将处理后的信号发射到电磁空间以形成通信信号群。本申请具有信号间相互独立、同时发射信号数量多的优势。
Description
技术领域
本申请涉及通信信号模拟技术领域，例如涉及一种通信信号群模拟系统和装置。
背景技术
目前，在通信领域，通信装置在正式投入使用之前需要进行相应的环境适用性测试，通过不同环境、不同干扰状况以及不同信号状态来测试检验通信装置在实际应用环境中的可靠性，其中，在电磁频谱检测领域，当检验电子对抗装置和电子干扰装置的应用效果时，需要通过对不同电磁条件、不同恶劣情况下的电磁环境进行实时控制模拟，以检验通信装置在不同场景下的适应能力。在进行装置性能测试时，通常有外场测试和内场测试两种方法，外场测试就是将设备搬到实际的使用环境中进行现场测试，但是这种方法往往需要耗费大量的人力物力，并且有时候测试环境很难达到预期效果；近些年来，通信装置的内场测试备受关注，采用专用通信信号模拟设备可一定程度上满足室内构建复杂通信信号环境的需求，以减少外场试验的时间和内容，缩短产品的研制周期。针对复杂通信环境下的实时参数可调、发射波形可控的多路复杂通信信号群模拟系统和装置已经成为目前的研究热点。
在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：
信号间互相干扰：目前的通信信号群模拟系统实现多信号模拟的途径，采用天线阵列的方式居多，天线阵列间发射的信号会存在严重的干扰，不利于特定条件下测试条件的构建，而在为数不多的单天线多信号模拟系统中，多个信号累加的信号处理方式也使得系统实际信号模拟效果较差；
信号数量少：通信信号群模拟系统所要构建的通信信号环境是极为复杂的，而复杂通信环境构建的基础是系统能够同时发射的信号要达到一定的数量，现有的模拟系统能够同时发射信号的数量很难达到实际的使用需求；
信号频段窄：目前的通信信号群模拟系统能够支持的工作频段多数在超短波频段，而随着通信设备的发展，特高频以及超高频频段被广泛使用，现有信号模拟系统不能满足工作需求；
信道带宽窄：目前的通信信号群模拟系统所能支持的信道带宽多数在20MHz以下，这使得在发射多个宽带信号时，不得不减少发射信号数量以满足发射需求，这在实际的装备测试过程中时极为不利的；
系统复杂：现有的通信信号群模拟系统为实现多信号同时产生、同时发射的需求，采用较多的方法是在单信号产生、发射的基础是上使用多个相同的模块进行多信号系统的构建，这种叠加的信号构建方式无疑提高的系统的复杂程度，同时也使得系统消耗的硬件资源增多且功耗增加。
发明内容
为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。
本公开实施例提供一种通信信号群模拟系统和装置，通过将多路多种不同类型的无线电信号在相同的时段及频段下，以不同时隙及频点在软件无线电设备中进行集中实现并发射出来形成信号群，从而模拟电磁空间中的通信信号群。
在一些实施例中，所述通信信号群模拟系统，包括：
参数配置模块，被配置为生成系统工作时所需要的配置参数和控制信息，并提供参数可视化配置界面；
信号数量控制模块，被配置为根据所述控制信息控制系统同时生成信号的数量；
信号生成模块，被设置为与所述信号数量控制模块通信连接，被配置为根据配置参数生成相互独立且类型相同或类型各不相同的多路数字中频信号；
信道模拟模块，被设置为与所述信号生成模块通信连接，被配置为对所述多路数字中频信号进行信道模拟，并根据需求对相应的数字中频信号添加信道衰落和干扰；
信号滤波模块，被设置为与所述信道模拟模块通信连接，被配置为对经过信道模拟的所述多路数字中频信号分别或同时进行带通滤波处理，消除数字中频信号的谐波分量；
信号频带处理模块，被设置为与所述信号滤波模块通过FMC接口通信连接，被配置为对所述多路数字中频信号进行中频处理和射频处理，并通过天线将处理后的信号发射到电磁空间以形成通信信号群；
下位机主控模块，被设置为通过CPCI总线与所述参数配置模块通信连接，被配置为获取所述配置参数和控制信息，并分别与所述信号数量控制模块、信号生成模块、信道模拟模块、信号滤波模块和信号频带处理模块通信连接，以将所述配置参数和控制信息进行解析并按照时序分配至各个模块。
可选地，所述信号滤波模块包括控制信号解析单元、原型滤波器带宽变换单元、带通滤波器组系数生成单元、动态带通滤波器组构建单元以及去干扰滤波单元；
其中，所述控制信号解析单元，被设置为分别与所述原型滤波器带宽变换单元和带通滤波器组系数生成单元通信连接；
所述原型滤波器带宽变换单元，被设置为与所述带通滤波器组系数生成单元通信连接；
所述带通滤波器组系数生成单元，被设置为与所述动态带通滤波器组构建单元通信连接；
所述动态带通滤波器组构建单元，被设置为与所述去干扰滤波单元通信连接。
可选地，所述控制信号解析单元，被配置为获取并解析所述下位机主控模块传输的每路数字中频信号对应的中频频点和带宽信息，以确定每路带通滤波器对应的中心频率控制信息和带宽控制信息，将每路带通滤波器对应的带宽控制信息传输至所述原型滤波器带宽变换单元，将每路带通滤波器对应的中心频率控制信息传输至所述带通滤波器组系数生成单元。
可选地，所述原型滤波器带宽变换单元，被配置为获取控制信号解析单元传输的每路带通滤波器对应的带宽控制信息，依次读取存储在只读存储器中的低通原型滤波器的抽头系数，按照带宽的倍数关系分别提取对应的抽头系数以生成目标带宽对应的多组低通滤波器的抽头系数，并将所述目标带宽对应的多组低通滤波器的抽头系数传输至带通滤波器组系数生成单元。
可选地，所述带通滤波器组系数生成单元，被配置为根据控制信号解析单元传输的每路带通滤波器对应的中心频率控制信息，将原型滤波器带宽变换单元传输的目标带宽对应的多组低通滤波器的抽头系数调制为中心频率控制信息对应的多组带通滤波器的抽头系数，并将所述多组带通滤波器的抽头系数传输至动态带通滤波器组构建单元。
可选地，所述动态带通滤波器组构建单元，被配置为获取带通滤波器组系数生成单元传输的多组带通滤波器抽头系数，并将所述多组带通滤波器的抽头系数输入至预设的FIR带通滤波器架构中进行滤波器系数重载，以构建多路中心频率以及带宽实时可变的带通滤波器。
可选地，所述去干扰滤波单元，被配置为使用动态带通滤波器组构建单元构建的多路中心频率以及带宽实时可变的带通滤波器，对信道模拟模块传输的多路数字中频信号按照相同的中心频率和带宽，以分别或同时的方式进行带通滤波，以消除数字中频信号的谐波分量。
可选地，所述信号频带处理模块，具体被配置为根据下位机主控模块传输的每路数字中频信号对应的射频频点控制信息，获取信号滤波模块传输的滤波后的多路数字中频信号并进行中频处理和射频处理，将多路数字中频信号变换为单路2MHz至4000MHz频段范围的模拟射频信号，并通过天线将所述模拟射频信号发射到电磁空间。
在一些实施例中，所述通信信号群模拟装置，包括：
上位机，被设置于计算机系统板中，并配置有如本申请所述的参数配置模块；
下位机，被设置于信号处理板中，并配置有如本申请所述的下位机主控模块、信号数量控制模块、信号生成模块、信道模拟模块、信号滤波模块和信号频带处理模块；
所述上位机与下位机之间通过CPCI总线建立板卡硬件连接，以进行配置参数和控制信息的双向传输。
可选地，所述上位机由运行在计算机系统中的开发工具包创建的基础类库界面实现；
所述下位机主控模块、信号数量控制模块、信号生成模块、信道模拟模块和信号滤波模块是在现场可编程逻辑门阵列中进行编程实现；
所述信号频带处理模块包括由现场可编程逻辑门阵列编程控制的中频单元和射频单元，所述信号频带处理模块通过FMC接口与现场可编程逻辑门阵列的板卡相连接。
本公开实施例提供的通信信号群模拟系统和装置，可以实现以下技术效果：
本申请通过信号生成模块并行生成相互独立的多路数字中频信号，并通过信号滤波模块对生成的多路数字中频信号分别进行带通滤波，保证了信号间相互独立而互不干扰；同时，通过信号频带处理模块对所述多路数字中频信号进行中频处理和射频处理，并通过天线将处理后的信号发射到电磁空间以形成通信信号群，实现了多路独立信号的同时发射，不仅信号数量多，而且在信号处理过程中对相同的模块进行复用，极大程度上降低了系统的复杂度和硬件资源消耗；并且，本申请的通信信号群模拟系统支持在高频、甚高频、特高频及部分超高频的2MHz-4000MHz频段内进行通信信号群的模拟，系统实时信道带宽范围为100MHz；最后，本申请的通信信号群模拟系统产生的不同信号的数量、类型、功率、频点、干扰等关键参数在规定范围内可自由编辑与实时切换，产生的多个通信信号的波形生成时序也可实时调整。
以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：
图1是本公开实施例提供的通信信号群模拟系统和装置的整体结构框图；
图2是本公开实施例提供的信号滤波模块的具体结构框图。
附图标记：
11-参数配置模块；12-下位机主控模块；13-信号数量控制模块；14-信号生成模块；15-信道模拟模块；16-信号滤波模块；17-信号频带处理模块；21-控制信号解析单元；22-原型滤波器带宽变换单元；23-带通滤波器组系数生成单元；24-动态带通滤波器组构建单元；25-去干扰滤波单元。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。
本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
本公开实施例中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本公开实施例及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本公开实施例中的具体含义。
另外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开实施例中的具体含义。
除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。
术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本公开实施例提供一种通信信号群模拟系统，如图1所示，包括参数配置模块11、下位机主控模块12、信号数量控制模块13、信号生成模块14、信道模拟模块15、信号滤波模块16和信号频带处理模块17，其中，所述参数配置模块11，被配置为生成系统工作时所需要的配置参数和控制信息，并提供参数可视化配置界面；所述下位机主控模块12，被设置为通过CPCI(Compact Peripheral Component Interconnect，紧凑型外围组件互连)总线与所述参数配置模块11通信连接，被配置为获取所述配置参数和控制信息并将所述配置参数和控制信息解析成其它受控模块能够识别的信息，并分别与所述信号数量控制模块13、信号生成模块14、信道模拟模块15、信号滤波模块16和信号频带处理模块17通信连接，以将所述配置参数和控制信息进行解析并按照时序分配至各个受控模块；信号数量控制模块13，被配置为根据所述控制信息控制系统同时生成信号的数量；信号生成模块14，被设置为与所述信号数量控制模块13通信连接，被配置为根据配置参数生成20MHz-120MHz之间的相互独立且类型相同或类型各不相同的多路数字中频信号；信道模拟模块15，被设置为与所述信号生成模块14通信连接，被配置为对所述多路数字中频信号进行信道模拟，并根据需求对相应的数字中频信号添加信道衰落和干扰；信号滤波模块16，被设置为与所述信道模拟模块15通信连接，被配置为对经过信道模拟的所述多路数字中频信号分别或同时进行带通滤波处理，消除数字中频信号的谐波分量；信号频带处理模块17，被设置为与所述信号滤波模块16通过FMC(FPGA Me zanine Card，现场可编程门阵列夹层卡)接口通信连接，被配置为对所述多路数字中频信号进行中频处理和射频处理，并通过天线将处理后的信号发射到电磁空间以形成通信信号群。
可选地，所述信号频带处理模块17，具体被配置为根据下位机主控模块传输的每路数字中频信号对应的射频频点控制信息，获取信号滤波模块传输的滤波后的多路数字中频信号并进行中频处理和射频处理，将多路数字中频信号变换为单路2MHz至4000MHz频段范围的模拟射频信号，并通过天线将所述模拟射频信号发射到电磁空间。
采用本公开实施例提供的通信信号群模拟系统，通过信号生成模块并行生成相互独立的多路数字中频信号，并通过信号滤波模块对生成的多路数字中频信号分别进行带通滤波，保证了信号间相互独立而互不干扰；同时，通过信号频带处理模块对所述多路数字中频信号进行中频处理和射频处理，并通过天线将处理后的信号发射到电磁空间以形成通信信号群，实现了多路独立信号的同时发射，不仅信号数量多，而且在信号处理过程中对相同的模块进行复用，极大程度上降低了系统的复杂度和硬件资源消耗；并且，本申请的通信信号群模拟系统支持在高频、甚高频、特高频及部分超高频的2MHz-4000MHz频段内进行通信信号群的模拟，系统实时信道带宽范围为100MHz；最后，本申请的通信信号群模拟系统产生的不同信号的数量、类型、功率、频点、干扰等关键参数在规定范围内可自由编辑与实时切换，产生的多个通信信号的波形生成时序也可实时调整。
在本申请的一个实施例中，参数配置模块为用户在显示屏上提供可视化的用户操作界面，例如，用户可以使用鼠标、键盘进行通信信号群的参数的配置，其中，可配置参数包括：0至8个可选的信号数量；每路信号的通信比特(Bit)数据来源；选择使用下位机存储在只读存储器(Read-Onl y Memory，ROM)中的特定比特数据，或者上位机通过读取可选文件发送指定的比特数据；可以选择每路信号的信道编码方式，包括卷积编码、RS(Reed-Solomon)编码、Turbo编码中进行选择；可以选择每路信号的调制方式，包括幅度调制(Amplitude Modulation，AM)、振幅键控(Amplitu de shift keying，ASK)、二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying，BPSK)、正交相移键控调制(Quadrature Phase ShiftKeying，QPSK)、频移键控(Frequency-shift keying，FSK)、最小频移键控(Minimum ShiftKeying，MSK)以及正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)；可以选择每路信号的直接序列扩频倍数，包括0、16倍、32倍、64倍或128倍；可以在20MHz-120MHz的频率范围内连续调节每个信号的中频频点；可以调节每路信号的信道模拟方式，发射功率最大0dBm，衰减在0-60dB之间连续可调，可以选择是否添加噪声干扰，信噪比在-10dB-10dB之间连续可调；可以在2MHz-4000MHz的频率范围内连续调节每路信号的射频频点。
在参数的配置完成后，参数配置模块获取到配置参数，对于需要传输的通信比特数据，给数据添加标志位后调用CPCI总线接口的驱动程序将配置参数传输至所述下位机主控模块；对于配置参数的控制信息，首先进行格式化、添加标志位以及拼接成比特流数据，然后调用CPCI总线接口的驱动程序，将所有控制信息并行传输至所述下位机主控模块。
进一步地，下位机主控模块通过CPCI总线接口的驱动程序获取所述参数配置模块发送的配置参数和控制信息后，首先根据标志位进行数据类型判断：若为通信比特数据，则先将数据写入随机存储器(Random Access Memory，RAM)中缓存起来，供后续使用；若为控制信息，则对控制信息进行解析，将控制信息对应的数据流，转化成信号数量控制模块、信号生成模块、信道模拟模块、信号滤波模块以及信号频带处理模块能够识别和判定的控制信息，然后按照时序要求将控制信息分配给对应的受控模块。
进一步地，信号数量控制模块接收到下位机主控模块传输的关于信号数量的控制信息后，根据信号数量控制参数启动对应数量的信号生成模块、信道模拟模块和信号滤波模块的信号生成和处理通道，没有启用的数据通道将不进行数据处理，处于休眠状态，这样有助于降低系统的资源消耗和节能。
进一步地，信号生成模块根据信号数量控制模块启用的信号生成通道，生成对应数量的通信信号，并根据下位机主控模块传输的控制信息决定各路通信的参数，具体而言，信号生成模块根据每路通信信号的通信比特数据的控制信息选择各路是读取下位机存储在只读存储器的特定比特数据，还是读取下位机主控模块缓存在随机存储器中的参数配置模块传输的指定比特数据；根据每路通信信号的控制信息对应的信道编码方式对各路通信信号的通信比特数据分别或同时进行信道编码；根据每路信号的控制信息对应的调制方式对各路已编码数据分别或同时进行调制映射；根据每路信号的直接序列扩频倍数对已调制数据分别或同时进行对应倍数的直接序列扩频，以生成具有不同带宽的宽带或者窄带信号；根据每路通信信号的中频频点控制信息对已扩频数据分别或同时进行上变频至设定的中频频点，以生成多路数字中频信号。
进一步地，信道模拟模块根据下位机主控模块传输的每路通信信号的控制信息对应的信道模拟方式，对信号生成模块传输的多路数字中频信号分别或同时进行信道衰减或信道干扰的模拟，以生成经过信道模拟的多路数字中频信号。
进一步地，信号滤波模块根据下位机主控模块传输的每路通信信号的中频频点和带宽信息，自动生成多个以对应信号中频频点为中心频率，以对应信号带宽为通带的带通滤波器，多个带通滤波器的中心频率和通带带宽均可以根据控制信息动态调整。信号滤波模块使用多个动态生成的带通滤波器对信道模拟模块传输的已经过信道模拟的多路数字中频信号进行带通滤波，以去除数字中频信号在数字上变频过程中产生的谐波分量，使其自身更加纯净，同时也保证了多路通信信号在信号发射后不会发生信道间的相互干扰。
进一步地，信号频带处理模块根据下位机主控模块传输的每路通信信号的射频频点控制信息，通过信号频带处理模块的中频处理单元将信号滤波模块传输的已滤波多路数字中频信号在相同时段的不同时隙内转化成单路模拟中频信号，然后信号频带处理模块的射频处理单元根据通信信号的射频频点控制信息，将相同频段不同中频频点的单路模拟中频信号通过混频和滤波变换成2MHz-4000MHz频段范围内的单路模拟射频信号，最后通过天线将该单路模拟射频信号发射到电磁空间中以完成通信信号群模拟。
本申请提供一种通信信号群模拟系统，能够将多种不同类型的无线电信号在相同的时段及频段下的不同时隙及频点在软件无线电设备中进行集中实现并发射出来形成信号群，从而模拟电磁空间中的通信信号群，系统使用单根天线可同时完成最大八种不同类型、相互独立且互不干扰的无线电信号的发射模拟，通过分别对多个信号波形关键参数的实时调整，可实现在特定频段内多个通信信号及干扰信号的混合发射模拟。
在本申请的一个实施例中，本申请的信号滤波模块实现了对信道模拟模块传输的多路数字中频信号分别、同时进行带通滤波，然后输出多路纯净、无谐波分量相互影响的数字中频信号给信号频带处理模块，供后续多路信号的集中发射处理。
多路数字中频信号在产生和处理的过程中，由于数字上变频等信号处理操作，各自均会产生多个与中频相关的谐波分量，虽然各路通信信号在处理的过程中是相互独立的，同时在后续的集中发射过程中采取了时隙的思想保证了信号时域的相互独立，但是在频域上各路信号之间仍会由于谐波分量的影响造成多路信号频域之间的相互影响，而且这种频域的相互影响、相互干扰是不可控且无法预知的，本申请的实施例提供的信号滤波模块正是为了解决这种多路信号由于谐波分量造成的频域之间的相互影响且相互干扰的技术问题，通过动态构建的带通滤波器组，去除多路数字中频信号的谐波分量，使其自身更加纯净，这样保证了多路信号在后续集中发射的过程中不会出现信道间的相互干扰。
具体地，结合图2所示，所述信号滤波模块包括控制信号解析单元21、原型滤波器带宽变换单元22、带通滤波器组系数生成单元23、动态带通滤波器组构建单元24以及去干扰滤波单元25；其中，所述控制信号解析单元21，被设置为分别与所述原型滤波器带宽变换单元22和带通滤波器组系数生成单元23通信连接；所述原型滤波器带宽变换单元22，被设置为与所述带通滤波器组系数生成单元23通信连接；所述带通滤波器组系数生成单元23，被设置为与所述动态带通滤波器组构建单元24通信连接；所述动态带通滤波器组构建单元24，被设置为与所述去干扰滤波单元25通信连接。
可选地，所述控制信号解析单元21，被配置为获取并解析所述下位机主控模块传输的每路数字中频信号对应的中频频点和带宽信息，以确定每路带通滤波器对应的中心频率控制信息和带宽控制信息，将每路带通滤波器对应的带宽控制信息传输至所述原型滤波器带宽变换单元22，将每路带通滤波器对应的中心频率控制信息传输至所述带通滤波器组系数生成单元23。
可选地，所述原型滤波器带宽变换单元22，被配置为获取控制信号解析单元21传输的每路带通滤波器对应的带宽控制信息，依次读取存储在只读存储器中的低通原型滤波器的抽头系数，按照带宽的倍数关系分别提取对应的抽头系数以生成目标带宽对应的多组低通滤波器的抽头系数，并将所述目标带宽对应的多组低通滤波器的抽头系数传输至带通滤波器组系数生成单元。
可选地，所述带通滤波器组系数生成单元23，被配置为根据控制信号解析单元21传输的每路带通滤波器对应的中心频率控制信息，将原型滤波器带宽变换单元22传输的目标带宽对应的多组低通滤波器的抽头系数调制为中心频率控制信息对应的多组带通滤波器的抽头系数，并将所述多组带通滤波器的抽头系数传输至动态带通滤波器组构建单元24。
可选地，所述动态带通滤波器组构建单元24，被配置为获取带通滤波器组系数生成单元23传输的多组带通滤波器抽头系数，并将所述多组带通滤波器的抽头系数输入至预设的FIR(Finite Impulse Response，有限长单位冲激响应)带通滤波器架构中进行滤波器系数重载，以构建多路中心频率以及带宽实时可变的带通滤波器。
可选地，所述去干扰滤波单元25，被配置为使用动态带通滤波器组构建单元构建的多路中心频率以及带宽实时可变的带通滤波器，对信道模拟模块传输的多路数字中频信号按照相同的中心频率和带宽，以分别或同时的方式进行带通滤波，以消除数字中频信号的谐波分量。
在上述实施例中，信号滤波模块主要分为两个工作过程，第一个工作过程是控制信号解析单元21、原型滤波器带宽变换单元22、带通滤波器组系数生成单元23和动态带通滤波器组构建单元24，根据下位机主控模块传输的每路通信信号的中频频点和带宽信息，动态构建带通滤波器组；第二个工作过程是去干扰滤波单元25对信道模拟模块传输的通信信号进行带通滤波。
具体而言，在动态构建带通滤波器组的过程中，由于信道模拟模块传输的通信信号的数量在0至8个任意可变，同时，每个通信信号的中频频点在20MHz-120MHz之间是任意可变的，并且每个通信信号的带宽由于信号生成模块选择的直接序列扩频倍数的不同而各不相同，因此，相应的，信号滤波模块对于带通滤波的滤波器的数量、中心频率和带宽均要求能够根据控制信息实时改变，其中，带通滤波器组的动态构建过程可以包括以下步骤：
步骤一：控制信号解析单元21获取下位机主控模块传输的每路通信信号的中频频点和带宽信息进行解析，确定要生成的每路带通滤波器的中心频率控制信息和带宽控制信息，然后将每路带通滤波器的带宽控制信息传输至原型滤波器带宽转换单元22，将每路带通滤波器的中心频率控制信息传输至带通滤波器组系数生成单元23；
步骤二：原型滤波器带宽变换单元22获取控制信号解析单元21传输的每路带通滤波器的带宽控制信息后，依次读取存储在只读存储器中的低通原型滤波器的抽头系数，按照带宽的倍数关系分别提取对应的抽头系数以生成目标带宽对应的多组低通滤波器的抽头系数，原型滤波器带宽变换单元22将所述目标带宽对应的多组低通滤波器的抽头系数传输至带通滤波器组系数生成单元23。
具体而言，低通原型滤波器的单位冲激响应为：
h0[n]＝{h0[0]，...，h0[N-1]}，0≤n≤N-1
其中，h0[n]的长度为N，h0[0]，...，h0[N-1]为滤波器的抽头系数，对低通原型滤波器的抽头系数按照顺序进行目标倍数的抽取，抽取到的系数组成一组新的系数，未被抽取到的系数直接丢弃，这样新组成一组抽头系数构成的低通滤波器h1[n]＝{h1[0]，...，h1[M-1]}，0≤n≤M-1，且其通带带宽将变成低通原型滤波器带宽的目标倍数，通过调整对原型滤波器抽头系数的抽取倍数，即可以得到多组不同带宽的低通滤波器的抽头系数。
步骤三：带通滤波器组系数生成单元23根据控制信号解析单元21传输的每路带通滤波器的中心频率控制信息，将原型滤波器带宽变换单元22传输的多组所需带宽的低通滤波器抽头系数调制成对应中心频率的多组带通滤波器的抽头系数，然后带通滤波器组系数生成单元23将生成的多组带通滤波器抽头系数传输至动态带通滤波器组构建单元24。
具体而言，低通滤波器的单位冲激响应经过形如下公式调制后：
其中，0至π频域范围被平均分为k份，wk＝2πk/K，k＝0，1，...，K-1；
对应的调制后hk[n]的频率响应为：
其中，w1为低通滤波器的中心频率；
在w1为0的情况下，则从而使得hk[n]将成为与原型滤波器带宽相同，但中心频率为Wk的带通滤波器的单位冲激响应，相应的带通滤波器的抽头系数是低通滤波器抽头系数分别与/>乘积，这样便可以通过对低通滤波器抽头系数调制后，转化成与低通滤波器带宽相同但中心频率为0-π之间任意值的带通滤波器。
步骤三：动态带通滤波器组构建单元24获取带通滤波器组系数生成单元23传输的多组带通滤波器抽头系数后，将抽头系数输入到预先设定好的FIR带通滤波器架构中进行滤波器系数重载，以构建多路中心频率、带宽实时可变的带通滤波器供去干扰滤波单元25对多路待滤波信号进行带通滤波。
具体而言，FIR带通滤波器输入输出函数关系为：
其中，h[n]为带通滤波器的单位冲激响应；x[k-n]为滤波器的输入；y[k]为滤波器的输出。
应当注意的是，使用常规方法构建的FIR带通滤波器都是针对特定的通信信号而言，即通信信号的中心频率和带宽都是已知的，与之对应的FIR带通滤波器的中心频率和带宽可以设计成恒定不变的，也就是说在这样的一个系统中FIR带通滤波器的单位冲激响应是恒定不变的，即滤波器的抽头系数是定值。然而，在本申请的系统中，信道模拟模块传输的待滤波的多路数字中频信号的中心频率以及带宽都是变化的，因此使用常规方法设计的固定中心频率、带宽的FIR带通滤波器将不在适用。
本申请通过设计中心频率、带宽受控实时可变的动态带通滤波器组，解决了上述问题，使得滤波器的中心频率和带宽可以根据信道模拟模块传输过来的多路待滤波的数字中频信号的中心频率、带宽的变化而发生变化，从而实现有效的带通滤波。
依据上述FIR带通滤波器输入输出函数关系的公式可以发现，滤波器实现滤波的过程，实际上是滤波器的抽头系数与输入信号数据之间相乘、累加的过程，为了节省系统资源，本申请采用全串行滤波器结构，只需要一个乘法器和一个加法器即可对输入信号进行带通滤波，滤波器根据输入数据的中心频率、带宽的变化和控制信息的控制，实时进行滤波器抽头系数的重载，进而滤波器实现滤波中心频率和带宽的实时改变。
本公开实施例还提供一种通信信号群模拟装置，结合图1所示，包括：上位机和下位机，所述上位机与下位机之间通过CPCI总线建立板卡硬件连接，以进行配置参数和控制信息高达250Mbps的双向传输；其中，上位机，被设置于计算机系统板中，并配置有如本申请所述的参数配置模块；下位机，被设置于信号处理板中，并配置有如本申请所述的下位机主控模块、信号数量控制模块、信号生成模块、信道模拟模块、信号滤波模块和信号频带处理模块。
可选地，所述上位机由运行在计算机系统中的开发工具包创建的基础类库界面实现；其中，所述计算机系统可以是Windows XP系统，所述开发工具包可以是MicrosoftVisual Studio软件。
可选地，所述下位机主控模块、信号数量控制模块、信号生成模块、信道模拟模块和信号滤波模块是在现场可编程逻辑门阵列(Field Programm able Gate Array，FPGA)中进行编程实现。
可选地，所述信号频带处理模块包括由现场可编程逻辑门阵列编程控制的中频单元和射频单元，所述信号频带处理模块通过FMC接口与现场可编程逻辑门阵列的板卡相连接，以实现数据和控制信息为2Gbps的快速传输。
可选地，所述现场可编程逻辑门阵列可以是型号为XC6VLX240T-1FF1759的FPGA芯片。
以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开的实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (9)
1.一种通信信号群模拟系统，其特征在于，包括：
参数配置模块，被配置为生成系统工作时所需要的配置参数和控制信息，并提供参数可视化配置界面；
信号数量控制模块，被配置为根据所述控制信息控制系统同时生成信号的数量；
信号生成模块，被设置为与所述信号数量控制模块通信连接，被配置为根据配置参数生成相互独立且类型相同或类型各不相同的多路数字中频信号；
信道模拟模块，被设置为与所述信号生成模块通信连接，被配置为对所述多路数字中频信号进行信道模拟，并根据需求对相应的数字中频信号添加信道衰落和干扰；
信号滤波模块，被设置为与所述信道模拟模块通信连接，被配置为对经过信道模拟的所述多路数字中频信号分别或同时进行带通滤波处理，消除数字中频信号的谐波分量；
所述信号滤波模块包括控制信号解析单元、原型滤波器带宽变换单元、带通滤波器组系数生成单元、动态带通滤波器组构建单元以及去干扰滤波单元；
其中，所述控制信号解析单元，被设置为分别与所述原型滤波器带宽变换单元和带通滤波器组系数生成单元通信连接；
所述原型滤波器带宽变换单元，被设置为与所述带通滤波器组系数生成单元通信连接；
所述带通滤波器组系数生成单元，被设置为与所述动态带通滤波器组构建单元通信连接；
所述动态带通滤波器组构建单元，被设置为与所述去干扰滤波单元通信连接；
信号频带处理模块，被设置为与所述信号滤波模块通过FMC接口通信连接，被配置为对所述多路数字中频信号进行中频处理和射频处理，并通过天线将处理后的信号发射到电磁空间以形成通信信号群；
下位机主控模块，被设置为通过CPCI总线与所述参数配置模块通信连接，被配置为获取所述配置参数和控制信息，并分别与所述信号数量控制模块、信号生成模块、信道模拟模块、信号滤波模块和信号频带处理模块通信连接，以将所述配置参数和控制信息进行解析并按照时序分配至各个模块。
2.根据权利要求1所述的通信信号群模拟系统，其特征在于，所述控制信号解析单元，被配置为获取并解析所述下位机主控模块传输的每路数字中频信号对应的中频频点和带宽信息，以确定每路带通滤波器对应的中心频率控制信息和带宽控制信息，将每路带通滤波器对应的带宽控制信息传输至所述原型滤波器带宽变换单元，将每路带通滤波器对应的中心频率控制信息传输至所述带通滤波器组系数生成单元。
3.根据权利要求2所述的通信信号群模拟系统，其特征在于，所述原型滤波器带宽变换单元，被配置为获取控制信号解析单元传输的每路带通滤波器对应的带宽控制信息，依次读取存储在只读存储器中的低通原型滤波器的抽头系数，按照带宽的倍数关系分别提取对应的抽头系数以生成目标带宽对应的多组低通滤波器的抽头系数，并将所述目标带宽对应的多组低通滤波器的抽头系数传输至带通滤波器组系数生成单元。
4.根据权利要求3所述的通信信号群模拟系统，其特征在于，所述带通滤波器组系数生成单元，被配置为根据控制信号解析单元传输的每路带通滤波器对应的中心频率控制信息，将原型滤波器带宽变换单元传输的目标带宽对应的多组低通滤波器的抽头系数调制为中心频率控制信息对应的多组带通滤波器的抽头系数，并将所述多组带通滤波器的抽头系数传输至动态带通滤波器组构建单元。
5.根据权利要求4所述的通信信号群模拟系统，其特征在于，所述动态带通滤波器组构建单元，被配置为获取带通滤波器组系数生成单元传输的多组带通滤波器抽头系数，并将所述多组带通滤波器的抽头系数输入至预设的FIR带通滤波器架构中进行滤波器系数重载，以构建多路中心频率以及带宽实时可变的带通滤波器。
6.根据权利要求5所述的通信信号群模拟系统，其特征在于，所述去干扰滤波单元，被配置为使用动态带通滤波器组构建单元构建的多路中心频率以及带宽实时可变的带通滤波器，对信道模拟模块传输的多路数字中频信号按照相同的中心频率和带宽，以分别或同时的方式进行带通滤波，以消除数字中频信号的谐波分量。
7.根据权利要求1至6任一项所述的通信信号群模拟系统，其特征在于，所述信号频带处理模块，具体被配置为根据下位机主控模块传输的每路数字中频信号对应的射频频点控制信息，获取信号滤波模块传输的滤波后的多路数字中频信号并进行中频处理和射频处理，将多路数字中频信号变换为单路2MHz至4000MHz频段范围的模拟射频信号，并通过天线将所述模拟射频信号发射到电磁空间。
8.一种通信信号群模拟装置，其特征在于，包括：
上位机，被设置于计算机系统板中，并配置有如权利要求1至7任一项所述的参数配置模块；
下位机，被设置于信号处理板中，并配置有如权利要求1至7任一项所述的下位机主控模块、信号数量控制模块、信号生成模块、信道模拟模块、信号滤波模块和信号频带处理模块；
所述上位机与下位机之间通过CPCI总线建立板卡硬件连接，以进行配置参数和控制信息的双向传输。
9.根据权利要求8所述的通信信号群模拟装置，其特征在于，所述上位机由运行在计算机系统中的开发工具包创建的基础类库界面实现；
所述下位机主控模块、信号数量控制模块、信号生成模块、信道模拟模块和信号滤波模块是在现场可编程逻辑门阵列中进行编程实现；
所述信号频带处理模块包括由现场可编程逻辑门阵列编程控制的中频单元和射频单元，所述信号频带处理模块通过FMC接口与现场可编程逻辑门阵列的板卡相连接。
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