CN114553335A - 一种用于自适应信道选择的快速全频道功率检测电路结构 - Google Patents

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Abstract

根据本发明所述的一种用于自适应信道选择的快速全频道功率检测电路结构，利用一片含有快跳本振(集成压控振荡器(VCO)的锁相环(PLL))的正交解调芯片直接将射频信号正交解调至基带，并在其中一路输出信号进行基带功率检测。本发明的电路结构利用耦合器将射频前端处理后的信号耦合一部分出来形成相对独立的信道检测链路进行快速信道扫描，这样既可以避免独立的检测链路造成的误差和成本上升，又可以使得快速信道检测链路的设计取得很大灵活性。

Description

一种用于自适应信道选择的快速全频道功率检测电路结构
技术领域
本发明是一种基于认知无线电技术的通信方法，具体为一种用于自适应信道选择的快速全频道功率检测电路结构。
背景技术
在无线通信中，信道选择与通信建链是通信质量保障的关键问题。围绕如何快速建链和避免受到干扰，形成了多种快速信道功率检测技术。通信双方的收发信机根据所检测的结果来进行通信建链和信道选择。
传统的信道功率检测需要将所有信道轮流扫描一遍，这样做不但需要消耗时间来进行信道扫描，且在建链以后也无法实时跟踪信道的变化，除非停止当前通信重新进行信道扫描。为了克服这一缺点，在一些对成本不敏感的场合，可以引入专用的快速全频道信道功率检测通道来实现实时的信道功率监测。但这种方案通常会造成硬件成本的成倍增长，因此较少获得应用。
近年来，随着高速射频采样模数转换器(RF-ADC)的使用，可以利用RF-ADC宽带采样的特性，一次性将整个频道的信号全部数字化，再在数字域通过并行信号处理技术一次计算出各个信道的功率信息给信道选择/通信建链模块使用。这种宽带数字化方案大幅缩短了信道扫描时间。对克服传统的功率检测方案的缺点有一定帮助。
对于设立专门的信道功率检测链路的方案，由于其成本过高，因此较少获得实际应用
对于宽带数字化方案，由于RF-ADC的动态范围毕竟是有限的，且宽带数字化电路缺乏窄带模拟滤波电路进行干扰抑制，因此这种电路容易受到阻塞干扰。
发明内容
本发明提供一种用于自适应信道选择的快速全频道功率检测电路结构。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种用于自适应信道选择的快速全频道功率检测电路结构
所述结构包括射频前端、耦合器、主接收链路、信道检测链路和基带处理单元，其特征在于：
所述射频前端包括低噪声放大器(LNA)、射频衰减器、通带带宽为W的宽带带通滤波器，所述射频前端滤除带宽W以外的无用信号，对接收信号进行增益调整；
所述耦合器或功分器，从所述主接收链路中耦合一部分信号出来供所述信道检测链路进行处理；所述耦合器也可使用功分器实现同样的功能；
所述主接收链路，所述耦合器对第i个信道的带宽为B的信号进行接收，所述主接收链路采用射频直接采样结构或正交解调结构或外差式结构；
所述信道检测链路，包括混频器、快跳本振、窄带接收模块和功率检测单元；基带处理单元，用于根据各个信道的功率进行信道选择和快速建链。
所述快跳本振由采样率为Fs的直接数字式频率合成器(DDS)或数字模拟转换器(DAC)实现；
所述检测电路结构对整个频道进行扫描的时间
T=N/M·(Td+Ts)，其中信道检测链路的带宽Bw为Bw=M·Bi，M=1,2…N；其中Td为功率检测时间，Ts为理论换频时间。
根据本发明所述的一种用于自适应信道选择的快速全频道功率检测电路结构，利用一片含有快跳本振(集成压控振荡器(VCO)的锁相环(PLL))的正交解调芯片直接将射频信号正交解调至基带，并在其中一路输出信号进行基带功率检测。
本发明的电路结构利用耦合器将射频前端处理后的信号耦合一部分出来形成相对独立的信道检测链路进行快速信道扫描，这样既可以避免独立的检测链路造成的误差和成本上升，又可以使得快速信道检测链路的设计取得很大灵活性。
参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
图1是本发明自适应信道选择的快速全频道功率检测电路结构的示意图；
图2是本发明实施例的一种自适应信道选择的快速全频道功率检测电路结构；
图3是根据本公开的一个实施例的一种具有较低的成本的用于自适应信道选择的快速全频道功率检测电路结构
具体实施方式
下面对本发明一种用于自适应信道选择的快速全频道功率检测电路结构详细描述。
图1图示了根据本公开的实施例的技术方案可以实施在其中的示例性应用。如图1所示，所述应用包括射频前端、耦合器、主接收链路、信道检测链路和基带处理单元组成。记每个信道带宽为B,共有N个信道可供选择，进而由可用通信带宽为W=N·B；我们将第i个信道标记为Bi,i=1,2…N。
射频前端可以包含低噪声放大器(LNA)、射频衰减器、通带带宽为W的宽带带通滤波器等模组，其功能为滤除带宽W以外的无用信号，对接收信号进行增益调整等。
耦合器，其作用为从主接收链路中耦合一部分信号出来供信道检测链路进行处理。由于耦合器的耦合系数为正值，因此可以降低检测链路输入信号的功率以防止饱和。
在一个具体实施方式中，所述耦合器可使用功分器替代，实现同样的功能，从主接收链路中耦合一部分信号出来供信道检测链路进行处理；
主接收链路，其目标为对第i个信道的带宽为B的信号进行接收。其实现结构可以采用射频直接采样结构，外差式结构或正交解调结构等。
信道检测链路，包括混频、快跳本振、窄带接收模块和功率检测单元等。其中混频、快跳本振和窄带接收模块的实现方式不局限于特定方式，既可以使用高性能的分立元件构成，也可以使用集成度高价格低廉的单片集成方案实现。而功率检测模块则既可以使用ADC将信道检测链路的信号转化为数字信号进行数字检波，也可以使用模拟检波芯片来实现。正是由于信道检测链路与主接收链路的相对独立性，因此这部分电路可以根据需求灵活地实现。
基带处理单元，用于根据各个信道的功率进行信道选择和快速建链，以确定使用哪个信道进行通信。
图2图示了根据本公开的一个实施例的一种用于自适应信道选择的快速全频道功率检测电路结构。
其中快跳本振由采样率为Fs的直接数字式频率合成器(DDS)或数字模拟转换器(DAC)来实现。则其理论换频时间为Ts=1/Fs。信道检测链路的带宽Bw可以设计为Bw=M·Bi，M=1,2…N,又记功率检测时间为Td,那么对整个频道共N个信道进行扫描的时间T就是：
T=N/M·=(Td+Ts) (1)
由于对于DDS或DAC而言，Fs可以达到数GHz量级，因此Td可以达到数个ns量级。而模拟功率检测芯片的检测时间在数十ns量级。也就是说，采用本结构可以在不影响主接收链路工作的情况下，在1us量级内完成10个射频信道的检测。如果进行粗颗粒度检测，也就是令M>1则检测时间还可以缩短。
图3图示了根据本公开的一个实施例的一种用于自适应信道选择的快速全频道功率检测电路结构，具有较低的成本。本实施例中，利用一片集成压控振荡器(VCO)的正交解调芯片直接将射频信号正交解调至基带，并在其中一路输出信号进行基带功率检测。整个电路除了一片价格低廉的正交解调芯片几乎没有增加成本，而正交解调芯片固有的正交不平衡等问题则都不会对检测结果造成影响。
记信道检测链路的输入信号为：
Figure 56667DEST_PATH_IMAGE001
其中，Pi为各个信道的功率，N为信道数量，fi为各信道载波频率，
Figure 61532DEST_PATH_IMAGE002
则可以理解为第i个信道对应的复基带信号，Ii(t)和Qi(t)分别为该信号实部和虚部的幅度，相应地，θQi(t)和θIi(t)则是相应的相位。Pi即是我们希望快速提取的各个信道的功率信息。这个信息将指导收发信机进行快速建链和干扰躲避。
记耦合器的耦合系数为D，则有：
Figure 30625DEST_PATH_IMAGE003
记对第i个信道进行检测时的载波为fC,正交解调芯片由于正交不平衡而对输出复基带信号造成的幅度和相位的偏转分别为AI,AQ以及φIi和φQi,则有
Figure 247980DEST_PATH_IMAGE004
不失一般性，我们取实部来进行功率检测，则在对第i个信道进行检测时，带宽为B/2的低通滤波器的输出F(t)为：
Figure 68953DEST_PATH_IMAGE005
对检波芯片的输出O(t)有：
Figure 447982DEST_PATH_IMAGE006
可见在考量集合{Pi}各个元素的相对大小时，该实施例的结构引入的偏差对每个Pi而言均是一致的，换言之，信道检测链路的输出以相同的系数正比于各Pi,故不会对信道功率估计的结果产生影响。
进而，该结构对正交解调芯片的IQ失调性能没有要求，这可以进一步降低硬件的成本。
本发明的电路结构利用耦合器将射频前端处理后的信号耦合一部分出来形成相对独立的信道检测链路进行快速信道扫描，这样既可以避免独立的检测链路造成的误差和成本上升，又可以使得快速信道检测链路的设计取得很大灵活性。
本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。
以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。

Claims (4)

1.一种用于自适应信道选择的快速全频道功率检测电路结构，所述结构包括射频前端、耦合器或功分器、主接收链路、信道检测链路和基带处理单元，其特征在于：
所述射频前端包括低噪声放大器(LNA)、射频衰减器、通带带宽为W的宽带带通滤波器，所述射频前端滤除带宽W以外的无用信号，对接收信号进行增益调整；
所述耦合器或功分器，从所述主接收链路中耦合一部分信号出来供所述信道检测链路进行处理；
所述主接收链路，所述耦合器对第i个信道的带宽为B的信号进行接收，所述主接收链路采用射频直接采样结构或外差式结构；
所述信道检测链路，包括混频器、快跳本振、窄带接收模块和功率检测单元；基带处理单元，用于根据各个信道的功率进行信道选择和快速建链。
2.如权利要求1所述的一种用于自适应信道选择的快速全频道功率检测电路结构，其特征在于所述快跳本振由采样率为Fs的直接数字式频率合成器(DDS)或数字模拟转换器(DAC)实现。
3.如权利要求2所述的一种用于自适应信道选择的快速全频道功率检测电路结构，其特征在于所述检测电路结构对整个频道进行扫描的时间
T=N/M·(Td+Ts)，其中信道检测链路的带宽Bw为Bw=M·Bi，M=1,2…N；
其中Td为功率检测时间，Ts为理论换频时间。
4.如权利要求1所述的一种用于自适应信道选择的快速全频道功率检测电路结构，其特征在于利用一片含有快跳本振的正交解调芯片直接将射频信号正交解调至基带，并在其中一路输出信号进行基带功率检测。
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