CN114553306A - 基于散射相控阵天线的散射组网通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于散射相控阵天线的散射组网通信装置，包括：信号收发单元、外站发现与天线对准单元、多波束自同步接收单元、组网通信发波束信息产生器和环带组网与收发波束指令控制器；多波束自同步接收单元，用于接收信号收发单元发送的通信接收波束信号、并对通信接收波束信号进行循环匹配、定时误差提取和同步解调处理，将得到的综合信号发送至环带组网与收发波束指令控制器；环带组网与收发波束指令控制器，用于对新站信息和综合信号进行环带组网态势拟合，并将拟合得到的通信发业务和指令信息发送至组网通信发波束信息产生器，将拟合得到的收发控制时序信号发送至外站发现与天线对准单元；本发明提供的装置组网灵活，可支持外站随遇接入。

Description

基于散射相控阵天线的散射组网通信装置

技术领域

本发明涉及散射通信技术领域，尤其涉及一种基于散射相控阵天线的散射组网通信装置。

背景技术

对流层散射通信是利用对流层散射信道进行的通信，具有信道资源稳定可靠且长期存在、无需付费及抗干扰、抗截获、抗侦收能力强等优势，被广泛使用。

目前，散射组网通信需要采用多套散射通信设备与各个外站分别建立点对点通信，从而导致通信系统机动性差，场地、人员和频谱资源难以得到保障。当有新的外站需要接入时，则需要借助北斗或GPS等定时设备提供外同步信号才能进行组网同步，不具备灵活组网能力，新的外站不能随遇接入，网络扩展性差。因此，亟需一种散射组网通信装置。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于散射相控阵天线的散射组网通信装置，以解决目前组网不灵活的问题。

本发明实施例提供了一种基于散射相控阵天线的散射组网通信装置，包括：信号收发单元、外站发现与天线对准单元、多波束自同步接收单元、组网通信发波束信息产生器和环带组网与收发波束指令控制器；

外站发现与天线对准单元，用于接收信号收发单元发送的天线对准接收波束信号，并将从天线对准接收波束信号中提取的新站信息发送至环带组网与收发波束指令控制器；

多波束自同步接收单元，用于接收信号收发单元发送的通信接收波束信号、并对通信接收波束信号进行循环匹配、定时误差提取和同步解调处理，将得到的综合信号发送至环带组网与收发波束指令控制器；其中，综合信号为接收业务和通信波束特征；

环带组网与收发波束指令控制器，用于对新站信息和综合信号进行环带组网态势拟合，并将拟合得到的通信发业务和指令信息发送至组网通信发波束信息产生器，将拟合得到的收发控制时序信号发送至外站发现与天线对准单元；

外站发现与天线对准单元，还用于将根据收发控制时序信号产生的天线对准发送波束信号发送至信号收发单元；

组网通信发波束信息产生器，还用于对通信发业务和指令信息进行编码调制处理，并将处理得到的通信发送波束信号发送至信号收发单元。

在一种可能的实现方式中，信号收发单元包括：天线阵面及射频通道集合、数字预处理与数字波束形成子单元、波束控制子单元和收发信息交换子单元；

天线阵面及射频通道集合，用于对各天线阵元接收到的接收信号进行变频处理、并将变频处理得到的多路中频接收信号发送至数字预处理与数字波束形成子单元；其中，接收信号包括通信接收信号和天线对准接收信号；

波束控制子单元，用于向数字预处理与数字波束形成子单元发送波束接收控制信号和波束发送控制信号；其中，波束接收控制信号包括通信接收波束控制信号和天线对准接收波束控制信号，波束发送控制信号包括通信发送波束控制信号和天线对准发送波束控制信号；

数字预处理与数字波束形成子单元，用于对多路中频接收信号进行下变频和数字波束形成处理，并将处理得到接收波束信号发送至收发信息交换子单元；其中，接收波束信号包括通信接收波束信号和天线对准接收波束信号；

收发信息交换子单元，用于将通信接收波束信号发送至多波束自同步接收单元，将天线对准接收波束信号发送到外站发现与天线对准单元；

收发信息交换子单元，还用于接收组网通信发波束信息产生器发送通信发送波束信号，以及接收外站发现与天线对准单元发送的天线对准发送波束信号，并将两种信号发送到数字预处理与数字波束形成子单元；

数字预处理与数字波束形成子单元，还用于对通信发送波束信号和天线对准发送波束信号进行数字波束形成和数字预处理，并将处理得到的多路中频发送信号发送至天线阵面及射频通道集合；

天线阵面及射频通道集合，还用于对多路中频发送信号进行混频及滤波处理，并将处理得到的发送信号通过各天线阵元进行发射；其中，发送信号包括通信发送信号和天线对准发送信号。

在一种可能的实现方式中，多波束自同步接收单元，具体用于基于环带组网与收发波束指令控制器发送的通信接收波束时序控制脉冲信号，对通信接收波束信号进行循环匹配、自适应梳齿滤波、分集合并、电平估计、分集与定时误差提取和同步解调处理，并将处理得到的通信解调信号和误差信息信号进行成帧处理，将成帧处理得到的综合信号发送至环带组网与收发波束指令控制器。

在一种可能的实现方式中，多波束自同步接收单元，还用于将通信解调信号发送至外站发现与天线对准单元；

外站发现与天线对准单元，具体用于向波束控制子单元发送天线对准接收波束控制信号，基于通信解调信号和收发信息交换子单元发送的天线对准接收波束信号进行天线对准接收波束处理后，将得到的新站信息信号发送至环带组网与收发波束指令控制器。

在一种可能的实现方式中，环带组网与收发波束指令控制器，具体用于对新站信息和综合信号进行环带组网态势拟合，并根据环带组网态势信息产生通信收发波束控制指令、收发控制时序信号和通信接收波束时序控制脉冲信号，并分别发送至波束控制子单元、外站发现与天线对准单元和多波束自同步接收单元，以及将得到的通信发送业务指令信息与业务发送信息组帧得到的通信发业务和指令信息发送至组网通信发波束信息产生器，以及将需要本地接收的业务信息输出。

在一种可能的实现方式中，数字预处理与数字波束形成子单元，具体用于对多路中频接收信号进行数字采样及预处理得到多路数字接收信号，并基于波束接收控制信号对多路数字接收信号进行数字波束形成处理，将得到的接收波束信号发送至收发信息交换子单元；

数字预处理与数字波束形成子单元，还具体用于基于波束发送控制信号，对通信发送波束信号和天线对准发送波束信号进行数字波束形成、数字预处理和模数转换，并将得到的多路中频发送信号发送至天线阵面及射频通道集合。

在一种可能的实现方式中，外站发现与天线对准单元，具体用于向波束控制子单元发送天线对准接收波束控制信号，对通信解调信号和收发信息交换子单元发送的天线对准接收波束信号进行天线对准接收波束处理，并将处理得到的新站信息信号发送到环带组网与收发波束指令控制器；

外站发现与天线对准单元，具体还用于基于环带组网与收发波束指令控制器发送的收发控制时序信号产生天线对准发送波束控制信号，并将天线对准发送波束控制信号发送到波束控制子单元。

在一种可能的实现方式中，波束控制子单元，具体用于基于天线对准接收波束控制信号、天线对准发送波束控制信号、通信接收波束控制信号和通信发送波束控制信号，对数字预处理与数字波束形成子单元中的接收波束和发送波束进行集中控制管理。

在一种可能的实现方式中，多波束自同步接收单元包括数字下变频与低通滤波、多波束收同步循环匹配、收时序控制单元、多波束自适应梳齿滤波、多波束分集合并单元、多波束接收电平估计器、分集接收误差提取单元、多波束定时误差提取器、多波束数字内插器、综合信息成帧器和基于分集合并的同步解调器；

收时序控制单元，用于接收环带组网与收发波束指令控制器发送的通信接收波束时序控制脉冲信号，并将产生的收波束接收脉冲信号发送至多波束收同步循环匹配，将产生的收波束分集时序脉冲信号分别发送到多波束分集合并单元和分集接收误差提取单元；

多波束收同步循环匹配，用于对接收到的通信接收波束信号的同步帧头信号进行同步循环匹配，并将生成的循环匹配同步信号发送至多波束自适应梳齿滤波；

多波束自适应梳齿滤波，用于对循环匹配同步信号进行降噪整形处理，并将处理得到的整形匹配同步信号发送至多波束分集合并单元；

多波束分集合并单元，用于基于收波束分集时序脉冲信号，对整形匹配同步信号进行多分集通道信号的分集合并，并将得到的分集合并同步信号分别发送至多波束接收电平估计器、分集接收误差提取单元、多波束定时误差提取器；

多波束接收电平估计器，用于基于分集合并同步信号，对各个波束的接收信号电平进行估计，并将得到的多波束接收电平估计信息发送至多波束定时误差提取器；

多波束定时误差提取器，用于基于多波束接收电平估计信息，对分集合并同步信号中的同步分量进行提取，并将得到的定时误差信号发送至多波束数字内插器，并将经过编码处理的定时误差信号发送至综合信息成帧器；

分集接收误差提取单元，用于提取分集合并同步信号和收波束分集时序脉冲信号中的分集接收误差，并将分集接收误差发送至综合信息成帧器；

数字下变频与低通滤波，用于对通信接收波束信号进行数字下变频和低通滤波处理，并将处理得到的通信接收波束基带信号发送至多波束数字内插器；

多波束数字内插器，用于基于定时误差信号，对通信接收波束基带信号进行数字内插，并将得到的通信接收波束内插信号发送至基于分集合并的同步解调器；

基于分集合并的同步解调器，用于对通信接收波束内插信号进行分集接收同步解调与译码，并将得到的通信解调信号分别发送至综合信息成帧器和外站发现与天线对准单元；

综合信息成帧器，用于对通信解调信号和误差信息信号进行成帧处理，将成帧处理得到的综合信号发送至环带组网与收发波束指令控制器；其中，误差信息信号包括分集接收误差和定时误差信号。

在一种可能的实现方式中，环带组网与收发多波束指令控制器包括：多波束信息分发器、接入电平分析器、业务指令分离器、环带组网态势拟合器、收发波束时序控制器、发波束信号成帧器、业务交换单元和收发波束控制指令产生器；

多波束信息分发器，用于对综合信号进行分离处理，并将分离的接收业务指令误差信息和通信波束电平信号分别发送至接入电平分析器和业务指令分离器；

接入电平分析器，用于对通信波束电平信号和新站信息进行接收信号电平归一化分析，并将得到的通信波束电平信息发送至环带组网态势拟合器；

业务指令分离器，用于对接收业务指令误差信息进行业务指令分离处理，并将得到的收业务信息、收指令信息和误差信息信号，分别发送至业务交换单元、环带组网态势拟合器和发波束信号成帧器；

环带组网态势拟合器，用于对通信波束电平信息和收业务指令进行组网参数与综合分析，并根据拟合出的环带组网分布与态势图产生的组网发送指令信息发送至发波束信号成帧器，将产生的收发波束时序和波束控制指令同时发送至收发波束时序控制器和收发波束控制指令产生器；

收发波束时序控制器，用于将基于收发波束时序和波束控制指令产生的收发控制时序信号和通信接收波束时序控制脉冲信号，分别发送至外站发现与天线对准单元和多波束自同步接收单元；

收发波束控制指令产生器，用于将基于收发波束时序和波束控制指令产生的通信接收波束控制指令和通信发送波束控制指令发送至波束控制子单元；并将产生的发业务控制信号发送至业务交换单元；

业务交换单元，用于基于发业务控制信号将发业务信息进行业务发送控制，并将发业务信息发送至发波束信号成帧器，并将发业务信息输出；

发波束信号成帧器，用于将误差信息信号、组网发指令信息和发业务信息进行成帧处理，并将处理得到的通信发业务和指令信息发送至组网通信发波束信息产生器。

本发明实施例提供一种基于散射相控阵天线的散射组网通信装置，通过采用多波束自同步接收单元对通信接收波束信号进行循环匹配、定时误差提取和同步解调处理的多波束自同步接收方法，从而实现了自同步散射组网通信。采用环带组网与收发波束指令控制器对新站信息和综合信号进行环带组网态势拟合的方法对组网通信进行收发控制，实现环带动态组网通信，支持外站快速随遇接入，平均接入时间不大于4分钟。从而，可在不借助北斗、GPS等定时设备提供的外同步信号条件下实现自同步点对多点散射组网通信，支持外站快速随遇接入与退网，并且可依据环带组网态势拟合自动分配资源，实现点对多点环带动态散射组网通信。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，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基于散射相控阵天线的散射组网通信装置的电原理方框图；

图2是本发明实施例提供的多波束自同步接收单元的电原理方框图；

图3是本发明实施例提供的环带组网与收发波束指令控制器的电原理方框图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。

正如背景技术中所说的，现有散射组网通信采用多套散射通信设备与各个外站分别建立点对点通信，导致系统机动性差，其场地、人员、频谱资源也难以得到保障；需要借助北斗、GPS等定时设备提供的外同步信号进行网同步，不具备灵活组网能力，导致新外站不能随遇接入，网络扩展性差。因此亟需一种基于散射相控阵天线的散射组网通信装置。

为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种基于散射相控阵天线的散射组网通信装置。下面对本发明实施例所提供的基于散射相控阵天线的散射组网通信装置进行介绍。

一种基于散射相控阵天线的散射组网通信装置，包括：信号收发单元、外站发现与天线对准单元、多波束自同步接收单元、组网通信发波束信息产生器和环带组网与收发波束指令控制器。

其中，外站发现与天线对准单元，用于接收信号收发单元发送的天线对准接收波束信号，并将从天线对准接收波束信号中提取的新站信息发送至环带组网与收发波束指令控制器。

多波束自同步接收单元，用于接收信号收发单元发送的通信接收波束信号、并对通信接收波束信号进行循环匹配、定时误差提取和同步解调处理，将得到的综合信号发送至环带组网与收发波束指令控制器。其中，综合信号为接收业务和通信波束特征。

环带组网与收发波束指令控制器，用于对新站信息和综合信号进行环带组网态势拟合，并将拟合得到的通信发业务和指令信息发送至组网通信发波束信息产生器，将拟合得到的收发控制时序信号发送至外站发现与天线对准单元。

外站发现与天线对准单元，还用于将根据收发控制时序信号产生的天线对准发送波束信号发送至信号收发单元。

组网通信发波束信息产生器，还用于对通信发业务和指令信息进行编码调制处理，并将处理得到的通信发送波束信号发送至信号收发单元。

具体的，信号收发单元包括：天线阵面及射频通道集合、数字预处理与数字波束形成子单元、波束控制子单元和收发信息交换子单元。

其中，天线阵面及射频通道集合，用于对各天线阵元接收到的接收信号进行变频处理、并将变频处理得到的多路中频接收信号发送至数字预处理与数字波束形成子单元。其中，接收信号包括通信接收信号和天线对准接收信号。

波束控制子单元，用于向数字预处理与数字波束形成子单元发送波束接收控制信号和波束发送控制信号。其中，波束接收控制信号包括通信接收波束控制信号和天线对准接收波束控制信号，波束发送控制信号包括通信发送波束控制信号和天线对准发送波束控制信号。

数字预处理与数字波束形成子单元，用于对多路中频接收信号进行下变频和数字波束形成处理，并将处理得到接收波束信号发送至收发信息交换子单元。其中，接收波束信号包括通信接收波束信号和天线对准接收波束信号。

收发信息交换子单元，用于将通信接收波束信号发送至多波束自同步接收单元，将天线对准接收波束信号发送到外站发现与天线对准单元。

收发信息交换子单元，还用于接收组网通信发波束信息产生器发送通信发送波束信号，以及接收外站发现与天线对准单元发送的天线对准发送波束信号，并将两种信号发送到数字预处理与数字波束形成子单元。

数字预处理与数字波束形成子单元，还用于对通信发送波束信号和天线对准发送波束信号进行数字波束形成和数字预处理，并将处理得到的多路中频发送信号发送至天线阵面及射频通道集合。

天线阵面及射频通道集合，还用于对多路中频发送信号进行混频及滤波处理，并将处理得到的发送信号通过各天线阵元进行发射。其中，发送信号包括通信发送信号和天线对准发送信号。

具体的，多波束自同步接收单元，具体用于基于环带组网与收发波束指令控制器发送的通信接收波束时序控制脉冲信号，对通信接收波束信号进行循环匹配、自适应梳齿滤波、分集合并、电平估计、分集与定时误差提取和同步解调处理，并将处理得到的通信解调信号和误差信息信号进行成帧处理，将成帧处理得到的综合信号发送至环带组网与收发波束指令控制器。

此外，多波束自同步接收单元，还用于将通信解调信号发送至外站发现与天线对准单元。

外站发现与天线对准单元，具体用于向波束控制子单元发送天线对准接收波束控制信号，基于通信解调信号和收发信息交换子单元发送的天线对准接收波束信号进行天线对准接收波束处理后，将得到的新站信息信号发送至环带组网与收发波束指令控制器。

具体的，环带组网与收发波束指令控制器，具体用于对新站信息和综合信号进行环带组网态势拟合，并根据环带组网态势信息产生通信收发波束控制指令、收发控制时序信号和通信接收波束时序控制脉冲信号，并分别发送至波束控制子单元、外站发现与天线对准单元和多波束自同步接收单元，以及将得到的通信发送业务指令信息与业务发送信息组帧得到的通信发业务和指令信息发送至组网通信发波束信息产生器，以及将需要本地接收的业务信息输出。

数字预处理与数字波束形成子单元，具体用于对多路中频接收信号进行数字采样及预处理得到多路数字接收信号，并基于波束接收控制信号对多路数字接收信号进行数字波束形成处理，将得到的接收波束信号发送至收发信息交换子单元。

数字预处理与数字波束形成子单元，还具体用于基于波束发送控制信号，对通信发送波束信号和天线对准发送波束信号进行数字波束形成、数字预处理和模数转换，并将得到的多路中频发送信号发送至天线阵面及射频通道集合。

具体的，外站发现与天线对准单元，具体用于向波束控制子单元发送天线对准接收波束控制信号，对通信解调信号和收发信息交换子单元发送的天线对准接收波束信号进行天线对准接收波束处理，并将处理得到的新站信息信号发送到环带组网与收发波束指令控制器。

外站发现与天线对准单元，具体还用于基于环带组网与收发波束指令控制器发送的收发控制时序信号产生天线对准发送波束控制信号，并将天线对准发送波束控制信号发送到波束控制子单元。

其中，波束控制子单元，具体用于基于天线对准接收波束控制信号、天线对准发送波束控制信号、通信接收波束控制信号和通信发送波束控制信号，对数字预处理与数字波束形成子单元中的接收波束和发送波束进行集中控制管理。

下面以图1中所示的基于散射相控阵天线的散射组网通信装置的电原理方框图为例，对其工作过程进行具体说明：

基于散射相控阵天线的散射组网通信装置包括：天线阵面及射频通道集合1、数字预处理与与数字波束形成单元2、波束控制子单元3、收发信息交换子单元4、外站发现与天线对准单元5、多波束自同步接收单元6、组网通信发波束信息产生器7、环带组网与收发波束指令控制器8、时钟9和电源10。

天线阵面及射频通道集合1的各个天线阵元对输入的通信接收信号和天线对准接收信号分别进行独立接收，将接收后的各路独立的接收信号进行低噪声放大、射频下变频等处理后，得到多路中频接收信号，并将多路中频接收信号输出至数字预处理与数字波束形成子单元2。其中，接收信号包括通信接收信号和天线对准接收信号，均为射频信号。

其中，数字预处理与数字波束形成(Digital Beam Forming，DBF)单元以下都简称为数字预处理与DBF单元。

数字预处理与DBF单元2接收来自波束控制子单元3的通信接收波束控制信号和天线对准接收波束控制信号，并对天线阵面及射频通道集合1输出的多路中频接收信号进行数字采样及预处理得到多路数字接收信号，接着按照通信接收波束控制信号和天线对准接收波束控制信号的要求对多路数字接收信号进行数字波束形成，得到通信接收波束信号和天线对准接收波束信号，并输出至收发信息交换子单元4。

收发信息交换子单元4将接收到的来自数字预处理与DBF单元2的通信接收波束信号和天线对准接收波束信号，分别输出至多波束自同步接收单元6和外站发现与天线对准单元5。

多波束自同步接收单元6接收来自环带组网与收发波束指令控制器8的通信接收波束时序控制脉冲信号，并按照该通信接收波束时序控制脉冲信号对来自收发信息交换子单元4的通信接收波束信号进行循环匹配、自适应梳齿滤波、分集合并、电平估计、分集与定时误差提取、同步解调的操作。并将同步解调后的通信解调信号输出至外站发现与天线对准单元5，对误差信息信号和解调后的通信解调信号进行综合成帧，得到接收业务与通信波束特征的综合信号输出至环带组网与收发波束指令控制器8。

外站发现与天线对准单元5向波束控制子单元3发送天线对准接收波束控制信号，得到来自收发信息交换子单元4的天线对准接收波束信号，同时接收来自多波束自同步接收单元6的通信解调信号进行天线对准接收波束处理后得到新站信息信号，并将新站信息信号送入环带组网与收发波束指令控制器8。

环带组网与收发波束指令控制器8接收来自外站发现与天线对准单元5的新站信息信号和多波束自同步接收单元6的综合信号，根据新站信息信号与通信波束特征进行环带组网态势拟合，根据环带组网态势信息产生通信收发波束控制指令、收发控制时序信号和通信接收波束时序控制脉冲信号，分别输出至波束控制子单元3、外站发现与天线对准单元5和多波束自同步接收单元6，同时得到通信发业务指令信息，将其与业务发信息组帧后得到通信发业务和指令信息，输出至组网通信发波束信息产生器7，并将接收业务输出。

组网通信发波束信息产生器7接收来自环带组网与收发波束指令控制器8的通信发业务和指令信息，对其进行编码调制等处理后得到通信发送波束信号，并输出至收发信息交换子单元4。

外站发现与天线对准单元5接收来自环带组网与收发波束指令控制器8的收发控制时序信号产生天线对准发送波束控制信号和天线对准发送波束信号，分别输出至天线控制单元3和收发信息交换子单元4。

收发信息交换子单元4接收分别来自外站发现与天线对准单元5的天线对准发送波束信号和组网通信发波束信息产生器7的通信发送波束信号，并将其输出至数字预处理与DBF单元2。

数字预处理与DBF单元2分别根据来自波束控制子单元3的散射通信发送波束控制信号和天线对准发送波束控制信号，对来自收发信息交换子单元4的通信发送波束信号和天线对准发送波束信号数字波束形成和数字预处理，进行数模转换得到多路中频发送信号，输出至天线阵面及射频通道集合1。

天线阵面及射频通道集合1将来自数字预处理与DBF单元2的多路中频发送信号进行混频，并滤除谐波，然后将得到的多路发送信号通过天线阵面进行空间辐射，完成散射通信信号和天线对准发送信号的发射。其中，发送信号包括通信发送信号和天线对准发送信号。

波束控制子单元3接收来自外站发现与天线对准单元5的天线对准接收波束控制信号和天线对准发送波束控制信号，以及环带组网与收发波束指令控制器8的通信接收波束控制指令和通信发送波束控制指令，对数字预处理与DBF单元2的接收波束和发送波束形成进行集中控制管理。

其中，时钟9包括鉴相器、环路滤波器、VCXO等部分，为基于散射相控阵天线的散射组网通信装置中的天线阵面及射频通道集合1、数字预处理与DBF单元2、波束控制子单元3、收发信息交换子单元4、外站发现与天线对准单元5、多波束自同步接收单元6、组网通信发波束信息产生器7和环带组网与收发波束指令控制器8提供时钟参考。电源10为基于散射相控阵天线的散射组网通信装置中的其他所有模块提供电源。

数字预处理与DBF单元2、波束控制子单元3、收发信息交换子单元4、外站发现与天线对准单元5、多波束自同步接收单元6、组网通信发波束信息产生器7和环带组网与收发波束指令控制器8由FPGA构成。

天线阵面及射频通道集合1包含若干天线单元、若干T/R组件和收发本振，每个T/R组件包含上变频器、发滤波器、发功率放大器、双工器、收滤波器、低噪放、下变频器等部分。

图2为多波束自同步接收单元6的电原理图，如图2所示，多波束自同步接收单元包括数字下变频与低通滤波61、多波束收同步循环匹配62、收时序控制单元63、多波束自适应梳齿滤波64、多波束分集合并单元65、多波束接收电平估计器66、分集接收误差提取单元67、多波束定时误差提取器68、多波束数字内插器69、综合信息成帧器610和基于分集合并的同步解调器611。

其中，收时序控制单元63收到通信接收波束时序控制脉冲信号后产生收波束收脉冲信号和收波束分集时序脉冲信号，收波束收脉冲信号输出至多波束收同步循环匹配62，收波束分集时序脉冲信号分别送入多波束分集合并单元65和分集接收误差提取单元67。

多波束收同步循环匹配62收到通信接收波束信号后，对其中的同步帧头信号进行收同步循环匹配，生成适用于多种传输速率定时误差提取的循环匹配同步信号，输出至多波束自适应梳齿滤波64。

多波束自适应梳齿滤波64接收来自多波束收同步循环匹配62的循环匹配同步信号进行降噪整形操作后，将整形匹配同步信号输出至多波束分集合并单元65。

多波束分集合并单元65根据来自收时序控制单元63的收波束分集时序脉冲信号对接收到的来自多波束自适应梳齿滤波64的整形匹配同步信号进行多分集通道信号的分集合并得到分集合并同步信号，分别输出至多波束接收电平估计器66、分集接收误差提取单元67和多波束定时误差提取器68。

多波束接收电平估计器66接收来自多波束分集合并单元65的分集合并同步信号，对各个波束的接收信号电平进行估计，将多波束接收电平估计信息送入多波束定时误差提取器68。

多波束定时误差提取器68接收来自多波束分集合并单元65的分集合并同步信号和来自多波束接收电平估计器66的多波束接收电平估计信息，根据接收信号电平估计信息选择分集合并同步信号中的同步分量提取定时误差信号，定时误差信号输出至多波束数字内插器69，同时将定时误差进行编码，输出至综合信息成帧器610。

分集接收误差提取单元67接收来自多波束分集合并单元65的分集合并同步信号和来自收时序控制单元63的收波束分集时序脉冲信号，提取分集接收误差，并将分集接收误差信息输出至综合信息成帧器610。

数字下变频与低通滤波61接收到通信接收波束信号后，对其进行数字下变频和低通滤波处理，得到通信接收波束基带信号，输出至多波束数字内插器69。

多波束数字内插器69根据来自多波束定时误差提取器68的定时误差信号对接收到的来自数字下变频与低通滤波61的通信接收波束基带信号进行数字内插，得到通信接收波束内插信号输出至基于分集合并的同步解调器611。

基于分集合并的同步解调器611接收来自多波束数字内插器69的通信接收波束内插信号，对其进行分集接收同步解调与译码，得到通信接收波束解调信号，分别输出至综合信息成帧器610和外站发现与天线对准单元5。

综合信息成帧器610对来自分集接收误差提取单元67的分集接收误差、来自多波束定时误差提取器68的定时误差信号和来自基于分集合并的同步解调器611的通信解调信号，对以上几种信号进行成帧处理，得到接收业务与通信波束特征的综合信号并输出。其中，误差信息信号包括分集接收误差和定时误差信号。

图3为环带组网与收发波束指令控制器8的电原理图，如图3所示，环带组网与收发波束指令控制器8包括：多波束信息分发器81、接入电平分析器82、业务指令分离器83、环带组网态势拟合器84、收发波束时序控制器85、发波束信号成帧器86、业务交换单元87和收发波束控制指令产生器88。

其中，多波束信息分发器81收到接收业务与通信波束特征的综合信号后将其分离成接收业务/指令/误差信息和通信波束电平信号，分别输出至接入电平分析器82和业务指令分离器83。

接入电平分析器82对接收到的新站信息信号和来自多波束信息分发器81的通信波束特征信号进行接收信号电平归一化分析，得到通信波束电平信息，输出至环带组网态势拟合器84。

业务指令分离器83接收来自多波束信息分发器81的接收业务/指令/误差信息进行业务/指令分离处理，得到收业务信息、收指令信息以及误差信息信号，分别输出至业务交换单元87、环带组网态势拟合器84和发波束信号成帧器86。

环带组网态势拟合器84对来自接入电平分析器82的通信波束电平信息和来自业务指令分离器83的收指令信息进行组网参数与需求综合分析并拟合出环带组网分布与态势图，并依据环带组网分布与态势图产生组网发指令信息输出至发波束信号成帧器86，产生收发波束时序与波束控制指令输出至收发波束时序控制器85和收发波束控制指令产生器88。

收发波束时序控制器85接收来自环带组网态势拟合器84的收发波束时序与波束控制指令后产生收发控制时序信号和通信收波束时序控制脉冲信号，分别输出至外站发现与天线对准单元5和基于循环匹配的多波束自同步接收单元6。

收发波束控制指令产生器88接收来自环带组网态势拟合器84的收发波束时序与波束控制指令产生通信收发波束控制指令输出，同时产生发业务控制信号输出至业务交换单元87。

业务交换单元87根据来自收发波束控制指令产生器88的发业务控制信号将接收到的发业务信息进行业务发送控制，输出至发波束信号成帧器86，同时接收来自业务指令分离器83的收业务信息并将其输出。

发波束信号成帧器86将来自业务指令分离器83的误差信号、环带组网态势拟合器84的组网发指令信息和业务交换单元87的发业务信息进行成帧处理，得到通信发业务和指令信息并输出。

本发明实施例的工作原理为：天线阵面及射频通道集合的各个天线阵元接收到通信接收信号和天线对准接收信号后，对各路信号进行低噪声放大、射频下变频等处理得到多路中频接收信号。数字预处理与DBF单元对多路中频接收信号进行数字采样和预处理，并根据波束控制子单元的波束控制信息完成对多路数字信号的DBF处理得到通信接收波束信号和天线对准接收波束信号。外站发现与天线对准单元通过天线对准接收波束信号获取新站波束特征信息。多波束自同步接收单元通过对通信接收波束信号进行循环匹配、自适应梳齿滤波、分集合并、接收电平估计、分集与定时误差提取得到通信波束特征信息。将通信波束特征信息与新站波束特征信息一起进行环带组网分布态势拟合，得到定时与分集误差信息送入与业务信息成帧后发送出去，同时将解调后的业务信息输出，环带组网与收发多波束指令控制器通过环带组网态势拟合分布结果对组网进行收发控制，将发信息进行成帧、编码以及调制等处理后经收发信息交换子单元发送数字预处理与DBF单元进行数字波束形成、数字预处理和数模转换后得到多路中频发送信号，最后经天线阵面及射频通道集合混频放大后发射出去，经过收发业务和指令信息的交互实现自同步环带动态点对多点散射组网通信。

本发明实施例主要使用散射通信相控阵天线，采用多波束自同步接收单元基于循环匹配、自适应梳齿滤波、分集合并、接收信号电平估计、分集与定时误差提取、同步解调的多波束自同步接收方法，从而实现自同步组网通信。采用环带组网与收发波束指令控制器对综合信号与新站信息信号的环带组网态势分布拟合，实现对组网通信进行收发控制，实现环带动态组网通信，支持外站快速随遇接入，平均接入时间不大于4分钟。该装置占用场地小，无需占用大量操作人员，可实现快速部署，组网灵活，具有良好的扩展性。该装置基于FPGA平台采用数字算法实现，集成度高，通用性强，可广泛应用。从而增强了点对多点散射组网通信系统的组网能力与灵活性，可保证其在不借助外同步信息条件下实现点对多点环带动态散射组网通信。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于散射相控阵天线的散射组网通信装置，其特征在于，包括：信号收发单元、外站发现与天线对准单元、多波束自同步接收单元、组网通信发波束信息产生器和环带组网与收发波束指令控制器；

所述外站发现与天线对准单元，用于接收所述信号收发单元发送的天线对准接收波束信号，并将从所述天线对准接收波束信号中提取的新站信息发送至所述环带组网与收发波束指令控制器；

所述多波束自同步接收单元，用于接收所述信号收发单元发送的通信接收波束信号、并对所述通信接收波束信号进行循环匹配、定时误差提取和同步解调处理，将得到的综合信号发送至所述环带组网与收发波束指令控制器；其中，所述综合信号为接收业务和通信波束特征；

所述环带组网与收发波束指令控制器，用于对所述新站信息和所述综合信号进行环带组网态势拟合，并将拟合得到的通信发业务和指令信息发送至所述组网通信发波束信息产生器，将拟合得到的收发控制时序信号发送至所述外站发现与天线对准单元；

所述外站发现与天线对准单元，还用于将根据所述收发控制时序信号产生的天线对准发送波束信号发送至所述信号收发单元；

所述组网通信发波束信息产生器，还用于对所述通信发业务和指令信息进行编码调制处理，并将处理得到的通信发送波束信号发送至所述信号收发单元。

2.如权利要求1所述的通信装置，其特征在于，所述信号收发单元包括：天线阵面及射频通道集合、数字预处理与数字波束形成子单元、波束控制子单元和收发信息交换子单元；

所述天线阵面及射频通道集合，用于对各天线阵元接收到的接收信号进行变频处理、并将变频处理得到的多路中频接收信号发送至所述数字预处理与数字波束形成子单元；其中，所述接收信号包括通信接收信号和天线对准接收信号；

所述波束控制子单元，用于向所述数字预处理与数字波束形成子单元发送波束接收控制信号和波束发送控制信号；其中，所述波束接收控制信号包括通信接收波束控制信号和天线对准接收波束控制信号，所述波束发送控制信号包括通信发送波束控制信号和天线对准发送波束控制信号；

所述数字预处理与数字波束形成子单元，用于对所述多路中频接收信号进行下变频和数字波束形成处理，并将处理得到接收波束信号发送至所述收发信息交换子单元；其中，所述接收波束信号包括通信接收波束信号和天线对准接收波束信号；

所述收发信息交换子单元，用于将所述通信接收波束信号发送至所述多波束自同步接收单元，将所述天线对准接收波束信号发送到所述外站发现与天线对准单元；

所述收发信息交换子单元，还用于接收所述组网通信发波束信息产生器发送所述通信发送波束信号，以及接收所述外站发现与天线对准单元发送的天线对准发送波束信号，并将两种信号发送到所述数字预处理与数字波束形成子单元；

所述数字预处理与数字波束形成子单元，还用于对所述通信发送波束信号和所述天线对准发送波束信号进行数字波束形成和数字预处理，并将处理得到的多路中频发送信号发送至所述天线阵面及射频通道集合；

所述天线阵面及射频通道集合，还用于对所述多路中频发送信号进行混频及滤波处理，并将处理得到的发送信号通过所述各天线阵元进行发射；其中，所述发送信号包括通信发送信号和天线对准发送信号。

3.如权利要求2所述的通信装置，其特征在于，所述多波束自同步接收单元，具体用于基于所述环带组网与收发波束指令控制器发送的通信接收波束时序控制脉冲信号，对所述通信接收波束信号进行循环匹配、自适应梳齿滤波、分集合并、电平估计、分集与定时误差提取和同步解调处理，并将处理得到的通信解调信号和误差信息信号进行成帧处理，将成帧处理得到的综合信号发送至所述环带组网与收发波束指令控制器。

4.如权利要求3所述的通信装置，其特征在于，所述多波束自同步接收单元，还用于将所述通信解调信号发送至所述外站发现与天线对准单元；

所述外站发现与天线对准单元，具体用于向所述波束控制子单元发送天线对准接收波束控制信号，基于所述通信解调信号和所述收发信息交换子单元发送的天线对准接收波束信号进行天线对准接收波束处理后，将得到的所述新站信息信号发送至所述环带组网与收发波束指令控制器。

5.如权利要求2所述的通信装置，其特征在于，所述环带组网与收发波束指令控制器，具体用于对所述新站信息和所述综合信号进行环带组网态势拟合，并根据环带组网态势信息产生通信收发波束控制指令、收发控制时序信号和通信接收波束时序控制脉冲信号，并分别发送至所述波束控制子单元、所述外站发现与天线对准单元和所述多波束自同步接收单元，以及将得到的通信发送业务指令信息与业务发送信息组帧得到的通信发业务和指令信息发送至所述组网通信发波束信息产生器，以及将需要本地接收的业务信息输出。

6.如权利要求2所述的通信装置，其特征在于，所述数字预处理与数字波束形成子单元，具体用于对所述多路中频接收信号进行数字采样及预处理得到多路数字接收信号，并基于所述波束接收控制信号对所述多路数字接收信号进行数字波束形成处理，将得到的所述接收波束信号发送至所述收发信息交换子单元；

所述数字预处理与数字波束形成子单元，还具体用于基于所述波束发送控制信号，对所述通信发送波束信号和所述天线对准发送波束信号进行数字波束形成、数字预处理和模数转换，并将得到的所述多路中频发送信号发送至所述天线阵面及射频通道集合。

7.如权利要求3所述的通信装置，其特征在于，所述外站发现与天线对准单元，具体用于向所述波束控制子单元发送天线对准接收波束控制信号，对所述通信解调信号和所述收发信息交换子单元发送的天线对准接收波束信号进行天线对准接收波束处理，并将处理得到的新站信息信号发送到所述环带组网与收发波束指令控制器；

所述外站发现与天线对准单元，具体还用于基于所述环带组网与收发波束指令控制器发送的所述收发控制时序信号产生天线对准发送波束控制信号，并将所述天线对准发送波束控制信号发送到所述波束控制子单元。

8.如权利要求7所述的通信装置，其特征在于，所述波束控制子单元，具体用于基于所述天线对准接收波束控制信号、所述天线对准发送波束控制信号、所述通信接收波束控制信号和所述通信发送波束控制信号，对所述数字预处理与数字波束形成子单元中的接收波束和发送波束进行集中控制管理。

9.如权利要求3所述的通信装置，其特征在于，所述多波束自同步接收单元包括数字下变频与低通滤波、多波束收同步循环匹配、收时序控制单元、多波束自适应梳齿滤波、多波束分集合并单元、多波束接收电平估计器、分集接收误差提取单元、多波束定时误差提取器、多波束数字内插器、综合信息成帧器和基于分集合并的同步解调器；

所述收时序控制单元，用于接收所述环带组网与收发波束指令控制器发送的通信接收波束时序控制脉冲信号，并将产生的收波束接收脉冲信号发送至所述多波束收同步循环匹配，将产生的收波束分集时序脉冲信号分别发送到多波束分集合并单元和分集接收误差提取单元；

所述多波束收同步循环匹配，用于对接收到的所述通信接收波束信号的同步帧头信号进行同步循环匹配，并将生成的循环匹配同步信号发送至所述多波束自适应梳齿滤波；

所述多波束自适应梳齿滤波，用于对所述循环匹配同步信号进行降噪整形处理，并将处理得到的整形匹配同步信号发送至所述多波束分集合并单元；

所述多波束分集合并单元，用于基于所述收波束分集时序脉冲信号，对所述整形匹配同步信号进行多分集通道信号的分集合并，并将得到的分集合并同步信号分别发送至所述多波束接收电平估计器、分集接收误差提取单元、多波束定时误差提取器；

所述多波束接收电平估计器，用于基于所述分集合并同步信号，对各个波束的接收信号电平进行估计，并将得到的多波束接收电平估计信息发送至所述多波束定时误差提取器；

所述多波束定时误差提取器，用于基于所述多波束接收电平估计信息，对所述分集合并同步信号中的同步分量进行提取，并将得到的定时误差信号发送至所述多波束数字内插器，并将经过编码处理的所述定时误差信号发送至所述综合信息成帧器；

所述分集接收误差提取单元，用于提取所述分集合并同步信号和所述收波束分集时序脉冲信号中的分集接收误差，并将所述分集接收误差发送至所述综合信息成帧器；

所述数字下变频与低通滤波，用于对所述通信接收波束信号进行数字下变频和低通滤波处理，并将处理得到的通信接收波束基带信号发送至所述多波束数字内插器；

所述多波束数字内插器，用于基于所述定时误差信号，对所述通信接收波束基带信号进行数字内插，并将得到的通信接收波束内插信号发送至所述基于分集合并的同步解调器；

所述基于分集合并的同步解调器，用于对所述通信接收波束内插信号进行分集接收同步解调与译码，并将得到的所述通信解调信号分别发送至所述综合信息成帧器和所述外站发现与天线对准单元；

所述综合信息成帧器，用于对所述通信解调信号和所述误差信息信号进行成帧处理，将成帧处理得到的综合信号发送至所述环带组网与收发波束指令控制器；其中，所述误差信息信号包括所述分集接收误差和所述定时误差信号。

10.如权利要求5所述的通信装置，其特征在于，所述环带组网与收发多波束指令控制器包括：多波束信息分发器、接入电平分析器、业务指令分离器、环带组网态势拟合器、收发波束时序控制器、发波束信号成帧器、业务交换单元和收发波束控制指令产生器；

所述多波束信息分发器，用于对所述综合信号进行分离处理，并将分离的接收业务指令误差信息和通信波束电平信号分别发送至所述接入电平分析器和业务指令分离器；

所述接入电平分析器，用于对所述通信波束电平信号和所述新站信息进行接收信号电平归一化分析，并将得到的通信波束电平信息发送至所述环带组网态势拟合器；

所述业务指令分离器，用于对所述接收业务指令误差信息进行业务指令分离处理，并将得到的收业务信息、收指令信息和误差信息信号，分别发送至业务交换单元、环带组网态势拟合器和发波束信号成帧器；

所述环带组网态势拟合器，用于对所述通信波束电平信息和所述所述收业务指令进行组网参数与综合分析，并根据拟合出的环带组网分布与态势图产生的组网发送指令信息发送至所述发波束信号成帧器，将产生的收发波束时序和波束控制指令同时发送至所述收发波束时序控制器和所述收发波束控制指令产生器；

所述收发波束时序控制器，用于将基于所述收发波束时序和波束控制指令产生的收发控制时序信号和通信接收波束时序控制脉冲信号，分别发送至所述外站发现与天线对准单元和所述多波束自同步接收单元；

所述收发波束控制指令产生器，用于将基于所述收发波束时序和波束控制指令产生的通信接收波束控制指令和通信发送波束控制指令发送至所述波束控制子单元；并将产生的发业务控制信号发送至所述业务交换单元；

所述业务交换单元，用于基于所述发业务控制信号将所述发业务信息进行业务发送控制，并将所述发业务信息发送至所述发波束信号成帧器，并将所述发业务信息输出；

所述发波束信号成帧器，用于将所述误差信息信号、所述组网发指令信息和所述发业务信息进行成帧处理，并将处理得到的所述通信发业务和指令信息发送至所述组网通信发波束信息产生器。

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