CN114845330A - 一种基于相干时间解调的信号优化系统 - Google Patents

一种基于相干时间解调的信号优化系统 Download PDF

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CN114845330A CN202210787943.8A CN202210787943A CN114845330A CN 114845330 A CN114845330 A CN 114845330A CN 202210787943 A CN202210787943 A CN 202210787943A CN 114845330 A CN114845330 A CN 114845330A
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季丽平
王佩宇
黄勇建
顾炜
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

本发明公开了一种基于相干时间解调的信号优化系统，包括基站端处理模块、传输优化模块、接收端处理模块，所述基站端处理模块用于在信号通过基站传输到设备之前进行处理，所述传输优化模块用于对信号在无线信道的传输中进一步优化，所述接收端处理模块用于在设备的接收端对信号进行还原与接收，所述基站端处理模块包括识别单元一、调制模块、信号AD转换模块，所述识别单元一用于识别接下来的信号传输走向，所述调制模块用于对信号进行数字调制，所述信号AD转换模块用于将基站的模拟信号转换为方便设备接收的数字信号，本发明，具有能耗比高和便于实施的特点。

Description

一种基于相干时间解调的信号优化系统
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体为一种基于相干时间解调的信号优化系统。
背景技术
近年来，无线通信飞速发展，无线通信已经成为全球经济增长的主要驱动力，越来越多的无线通信产品井喷式出现，带来了极大的机遇；而无线通信的特殊性在于，这种通信方式仅利用电磁波而不通过线缆进行通信，具有很大的便捷性，广泛应用于军事无线电、民用电话、各代移动网络中。
在移动网络中，射频信号经过发射天线也就是基站发射出去，由手机端的接收天线接收，从发射天线端到接收天线端的无线路径即为无线信道。数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，由于数字基带信号具有丰富的低频分量，因此在无线信道传输中不能直接传输基带信号，所以需要对信号进行调制，使信号与信道的特性相匹配，而接收端对于调制后的信号兼容度较低，需对信号进一步解调以满足接收端的信号要求，目前常用的解调方式为相干解调与非相干解调，为了保证通信质量，相干解调方式常被用于无线通信的信号解调中，然而，相干解调需要在接收机侧产生一个与发射机同频同相的载波信号，对于其性能要求较高，对于手机这种接收机来说，高性能意味着高能耗，优化信号的同时会带来高耗电以及设备发热增多，影响用户体验，目前手机厂商大多利用增加天线数量来优化手机信号质量，鲜有在接收端利用相关系统对网络进行优化，因此，设计能耗比高和便于实施的一种基于相干时间解调的信号优化系统是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于相干时间解调的信号优化系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于相干时间解调的信号优化系统，包括基站端处理模块、传输优化模块、接收端处理模块，所述基站端处理模块的输出端与传输优化模块的输入端无线连接，所述传输优化模块的输出端与接收端处理模块的输入端无线连接，所述基站端处理模块用于在信号通过基站传输到设备之前进行处理，所述传输优化模块用于对信号在无线信道的传输中进一步优化，所述接收端处理模块用于在设备的接收端对信号进行还原与接收，所述基站端处理模块包括识别单元一、调制模块、信号AD转换模块，所述识别单元一、调制模块的输出端与信号AD转换模块的输入端电连接，所述识别单元一用于识别接下来的信号传输走向，所述调制模块用于对信号进行数字调制，所述信号AD转换模块用于将基站的模拟信号转换为方便设备接收的数字信号。
根据上述技术方案，所述传输优化模块包括乘法器添加模块、载频信号库模块、低通滤波模块，所述乘法器添加模块的输出端与载频信号库模块的输入端无线连接，所述载频信号库模块的输出端与低通滤波模块的输入端无线连接，所述乘法器添加模块用于在原信号发出后添加乘法器，所述载频信号库模块用于提供与原信号相乘的载频信号库，所述低通滤波模块用于滤除信号中的高频部分。
根据上述技术方案，所述接收端处理模块包括识别单元二、单片机模块、三极管检波模块、解调模块、硬件处理模块，所述识别单元二的输出端与单片机模块的AD采样口电连接，所述三极管检波模块与单片机的IO口电连接，所述解调模块与硬件处理模块电连接，所述识别单元二用于提供编码电路，所述单片机模块用于提供独立处理单元，所述三极管检波模块用于完成信号的检波，提高信号传输效率，所述解调模块用于对信号进行解调，所述硬件处理模块用于对信号携带的信息进行解码播放。
根据上述技术方案，所述一种基于相干时间解调的信号优化系统的运行方法包括以下步骤：
步骤S1：基站端处理模块确定下行信号接收设备为最终设备，对基站信号进行预处理；基站与基站之间的信号传输无需多余处理，而基站与设备进行信号传输需要考虑诸多因素，因此需进行识别；
步骤S2：在信号传输过程中进行传输优化，并与接收端建立无线信道；
步骤S3：接收端接收到信号，并进行处理后输出相应的信号；
步骤S4：移动设备的硬件处理模块对接收到的信号进行解码播放。
根据上述技术方案，所述步骤S1中预处理方法包括以下步骤：
步骤S11：基站端处理模块的识别单元一实时发射低频二进制特征信号；低频二进制信号发射时功耗低，传输快，用在识别单元可以规避其安全性差的缺点；
步骤S12：接收端处理模块的识别单元二接收到低频二进制特征信号后，进行编码识别；在接收端利用编码器对接收到的二进制信号进行编码，判断接收端是否为移动设备，电路设计简单高效；
步骤S13：识别成功后，基站端处理模块开始工作；只有确定接收端为移动设备时，系统内其余模块才会开始工作，减少系统功耗的同时避免各模块频繁启停；
步骤S14：信号AD转换模块将基站发出的模拟信号转换为数字信号，并发送到传输优化模块；将基站发出的模拟信号转换为数字信号，方便传输过程的优化，有利于对信号进行数字运算，提高系统的稳定性，减少出现误差的几率。
根据上述技术方案，所述步骤S2进一步包括以下步骤：
步骤S21：传输优化模块接收到启动信号后打开，开始对接收到的基带发送的数字信号进行优化；
步骤S22：添加乘法器电路，为信号优化提供数字环境；
步骤S23：从载频信号库中获取与所接收到的基带发送的信号数字化后同相位的载频信号
Figure 913710DEST_PATH_IMAGE001
，其中
Figure 581452DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 250331DEST_PATH_IMAGE003
为载频信号幅度，
Figure 978115DEST_PATH_IMAGE004
为载频信号的相位；
步骤S24：识别接收到的基带信号
Figure 201286DEST_PATH_IMAGE005
，并在表达式中添加噪声干扰参数
Figure 407140DEST_PATH_IMAGE006
，其中
Figure 133787DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 32473DEST_PATH_IMAGE008
为原始信号幅度，
Figure 477361DEST_PATH_IMAGE004
为原始信号经噪声影响后的相位；噪声干扰参数为一组伪随机数列，起到模拟正常环境下信号传输过程中的噪声影响，会改变基带信号的振幅大小，不会改变原始信号的相位；
步骤S25：将各个信号输送进乘法器后进行计算，并生成解调后的信号序列
Figure 283643DEST_PATH_IMAGE009
；原始信号与载频信号进行相乘预算，可以利用其代数性质将其中的低频与高频分解出来；
步骤S26：低通滤波器接入后，对低频分量进行滤除；噪声为伪随机数列，无法直接滤除，因此利用噪声与低频分量在相乘的过程中会发生相位频移的特性，同时噪声以常数的形式，与低频分量线性结合，便于统一滤除。
根据上述技术方案，所述步骤S25中，解调后的信号序列
Figure 395955DEST_PATH_IMAGE009
的计算公式为：
Figure 199963DEST_PATH_IMAGE010
其中，
Figure 132147DEST_PATH_IMAGE011
为相干解调过程中的时间，经噪声影响后的原始信号
Figure 476541DEST_PATH_IMAGE005
与载频信号
Figure 177781DEST_PATH_IMAGE001
相乘后，将信号中的高频分量与低频分量分解出来，其中低频分量为噪声与原始信号数字化后的低频分量的结合，高频分量直接进入信道进行传输。
根据上述技术方案，所述步骤S3进一步包括以下步骤：
步骤S31：接收端的单片机模块置于手机内，并接入手机电源进行上电工作；单片机能耗低，尺寸小，处理速度快，且发展比较成熟，无需投入更多芯片研发，足够完成系统信号处理工作；
步骤S32：将处理完成后的原始信号的高频分量接入单片机的AD采样端口，进行AD采样；信号不能直接接入电路，需利用单片机对其进行AD采样后接入电路；
步骤S33：将三极管检波模块接入单片机的IO口，单片机的IO口为输入输出集成口，从AD采样端口接入的原始信号高频分量经单片机采样后，从IO口输出对应的波形数据，使用三极管检波电路对信号进行检波，利用三极管在小偏置下的非线性，完成对信号的检波，降低输出阻抗，减少功耗；
步骤S34：单片机内的CPU对输出波形进行判断，判断完成后将优化完成的高频信号传输至设备的接收端，完成信号传输。
根据上述技术方案，所述步骤S4进一步包括以下步骤：
步骤S41：移动设备的硬件处理模块对信号进行识别，判断其信号类型；信号传输包含声音、图像、视频；
步骤S42：识别完成后进行对应的解码播放。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，
（1）通过设置有基站端处理模块，对下行设备的身份进行确认，确保通信传输方式为基站到设备；
（2）通过设置有传输优化模块，对信号在传输过程中进行优化，减少出现信号连接失败导致卡顿的次数；
（3）通过设置有载频信号库模块，进行载频信号数字化调用，并添加噪声参与运算，对传输信号进行高低分频，提高信号传输的兼容性与稳定性；
（4）通过设置有三极管检波模块，利用三极管在小偏置下的非线性特点，完成对信号的检波，降低输出阻抗，减少功耗；；
（5）通过设置有硬件处理模块，对接收到的传输信号进行解码播放，完成信号的传输。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的系统模块组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供技术方案：一种基于相干时间解调的信号优化系统，包括基站端处理模块、传输优化模块、接收端处理模块，基站端处理模块的输出端与传输优化模块的输入端无线连接，传输优化模块的输出端与接收端处理模块的输入端无线连接，基站端处理模块用于在信号通过基站传输到设备之前进行处理，传输优化模块用于对信号在无线信道的传输中进一步优化，接收端处理模块用于在设备的接收端对信号进行还原与接收，基站端处理模块包括识别单元一、调制模块、信号AD转换模块，识别单元一、调制模块的输出端与信号AD转换模块的输入端电连接，识别单元一用于识别接下来的信号传输走向，调制模块用于对信号进行数字调制，信号AD转换模块用于将基站的模拟信号转换为方便设备接收的数字信号。
传输优化模块包括乘法器添加模块、载频信号库模块、低通滤波模块，乘法器添加模块的输出端与载频信号库模块的输入端无线连接，载频信号库模块的输出端与低通滤波模块的输入端无线连接，乘法器添加模块用于在原信号发出后添加乘法器，载频信号库模块用于提供与原信号相乘的载频信号库，低通滤波模块用于滤除信号中的高频部分。
接收端处理模块包括识别单元二、单片机模块、三极管检波模块、解调模块、硬件处理模块，识别单元二的输出端与单片机模块的AD采样口电连接，三极管检波模块与单片机的IO口电连接，解调模块与硬件处理模块电连接，识别单元二用于提供编码电路，单片机模块用于提供独立处理单元，三极管检波模块用于完成信号的检波，提高信号传输效率，解调模块用于对信号进行解调，硬件处理模块用于对信号携带的信息进行解码播放。
一种基于相干时间解调的信号优化系统的运行方法包括以下步骤：
步骤S1：基站端处理模块确定下行信号接收设备为最终设备，对基站信号进行预处理；基站与基站之间的信号传输无需多余处理，而基站与设备进行信号传输需要考虑诸多因素，因此需进行识别；
步骤S2：在信号传输过程中进行传输优化，并与接收端建立无线信道；
步骤S3：接收端接收到信号，并进行处理后输出相应的信号；
步骤S4：移动设备的硬件处理模块对接收到的信号进行解码播放。
步骤S1中预处理方法包括以下步骤：
步骤S11：基站端处理模块的识别单元一实时发射低频二进制特征信号；低频二进制信号发射时功耗低，传输快，用在识别单元可以规避其安全性差的缺点；
步骤S12：接收端处理模块的识别单元二接收到低频二进制特征信号后，进行编码识别；在接收端利用编码器对接收到的二进制信号进行编码，判断接收端是否为移动设备，电路设计简单高效；
步骤S13：识别成功后，基站端处理模块开始工作；只有确定接收端为移动设备时，系统内其余模块才会开始工作，减少系统功耗的同时避免各模块频繁启停；
步骤S14：信号AD转换模块将基站发出的模拟信号转换为数字信号，并发送到传输优化模块；将基站发出的模拟信号转换为数字信号，方便传输过程的优化，有利于对信号进行数字运算，提高系统的稳定性，减少出现误差的几率。
步骤S2进一步包括以下步骤：
步骤S21：传输优化模块接收到启动信号后打开，开始对接收到的基带发送的数字信号进行优化；
步骤S22：添加乘法器电路，为信号优化提供数字环境；
步骤S23：从载频信号库中获取与所接收到的基带发送的信号数字化后同相位的载频信号
Figure 949427DEST_PATH_IMAGE001
，其中
Figure 165645DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 251413DEST_PATH_IMAGE003
为载频信号幅度，
Figure 869476DEST_PATH_IMAGE004
为载频信号的相位；
步骤S24：识别接收到的基带信号
Figure 15287DEST_PATH_IMAGE005
，并在表达式中添加噪声干扰参数
Figure 453221DEST_PATH_IMAGE006
，其中
Figure 342680DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 815249DEST_PATH_IMAGE008
为原始信号幅度，
Figure 928699DEST_PATH_IMAGE004
为原始信号经噪声影响后的相位；噪声干扰参数为一组伪随机数列，起到模拟正常环境下信号传输过程中的噪声影响，会改变基带信号的振幅大小，不会改变原始信号的相位；
步骤S25：将各个信号输送进乘法器后进行计算，并生成解调后的信号序列
Figure 57192DEST_PATH_IMAGE009
；原始信号与载频信号进行相乘预算，可以利用其代数性质将其中的低频与高频分解出来；
步骤S26：低通滤波器接入后，对低频分量进行滤除；噪声为伪随机数列，无法直接滤除，因此利用噪声与低频分量在相乘的过程中会发生相位频移的特性，同时噪声以常数的形式，与低频分量线性结合，便于统一滤除；
步骤S25中，解调后的信号序列
Figure 281500DEST_PATH_IMAGE009
的计算公式为：
Figure 874155DEST_PATH_IMAGE010
其中，
Figure 361768DEST_PATH_IMAGE011
为相干解调过程中的时间，经噪声影响后的原始信号
Figure 39874DEST_PATH_IMAGE005
与载频信号
Figure 802294DEST_PATH_IMAGE001
相乘后，将信号中的高频分量与低频分量分解出来，其中低频分量为噪声与原始信号数字化后的低频分量的结合，高频分量直接进入信道进行传输。
步骤S3进一步包括以下步骤：
步骤S31：接收端的单片机模块置于手机内，并接入手机电源进行上电工作；单片机能耗低，尺寸小，处理速度快，且发展比较成熟，无需投入更多芯片研发，足够完成系统信号处理工作；
步骤S32：将处理完成后的原始信号的高频分量接入单片机的AD采样端口，进行AD采样；信号不能直接接入电路，需利用单片机对其进行AD采样后接入电路；
步骤S33：将三极管检波模块接入单片机的IO口，单片机的IO口为输入输出集成口，从AD采样端口接入的原始信号高频分量经单片机采样后，从IO口输出对应的波形数据，使用三极管检波电路对信号进行检波，利用三极管在小偏置下的非线性，完成对信号的检波，降低输出阻抗，减少功耗；
步骤S34：单片机内的CPU对输出波形进行判断，判断完成后将优化完成的高频信号传输至设备的接收端，完成信号传输。
步骤S4进一步包括以下步骤：
步骤S41：移动设备的硬件处理模块对信号进行识别，判断其信号类型；信号传输包含声音、图像、视频；
步骤S42：识别完成后进行对应的解码播放。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于相干时间解调的信号优化系统，包括基站端处理模块、传输优化模块、接收端处理模块，其特征在于：所述基站端处理模块的输出端与传输优化模块的输入端无线连接，所述传输优化模块的输出端与接收端处理模块的输入端无线连接，所述基站端处理模块用于在信号通过基站传输到设备之前进行处理，所述传输优化模块用于对信号在无线信道的传输中进一步优化，所述接收端处理模块用于在设备的接收端对信号进行还原与接收，所述基站端处理模块包括识别单元一、调制模块、信号AD转换模块，所述识别单元一、调制模块的输出端与信号AD转换模块的输入端电连接，所述识别单元一用于识别接下来的信号传输走向，所述调制模块用于对信号进行数字调制，所述信号AD转换模块用于将基站的模拟信号转换为方便设备接收的数字信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于相干时间解调的信号优化系统，其特征在于：所述传输优化模块包括乘法器添加模块、载频信号库模块、低通滤波模块，所述乘法器添加模块的输出端与载频信号库模块的输入端无线连接，所述载频信号库模块的输出端与低通滤波模块的输入端无线连接，所述乘法器添加模块用于在原信号发出后添加乘法器，所述载频信号库模块用于提供与原信号相乘的载频信号库，所述低通滤波模块用于滤除信号中的高频部分。
3.根据权利要求2所述的一种基于相干时间解调的信号优化系统，其特征在于：所述接收端处理模块包括识别单元二、单片机模块、三极管检波模块、解调模块、硬件处理模块，所述识别单元二的输出端与单片机模块的AD采样口电连接，所述三极管检波模块与单片机的IO口电连接，所述解调模块与硬件处理模块电连接，所述识别单元二用于提供编码电路，所述单片机模块用于提供独立处理单元，所述三极管检波模块用于完成信号的检波，提高信号传输效率，所述解调模块用于对信号进行解调，所述硬件处理模块用于对信号携带的信息进行解码播放。
4.根据权利要求3所述的一种基于相干时间解调的信号优化系统，其特征在于：所述一种基于相干时间解调的信号优化系统的运行方法包括以下步骤：
步骤S1：基站端处理模块确定下行信号接收设备为最终设备，对基站信号进行预处理；
步骤S2：在信号传输过程中进行传输优化，并与接收端建立无线信道；
步骤S3：接收端接收到信号，并进行处理后输出相应的信号；
步骤S4：移动设备的硬件处理模块对接收到的信号进行解码播放。
5.根据权利要求4所述的一种基于相干时间解调的信号优化系统，其特征在于：所述步骤S1中预处理方法包括以下步骤：
步骤S11：基站端处理模块的识别单元一实时发射低频二进制特征信号；
步骤S12：接收端处理模块的识别单元二接收到低频二进制特征信号后，进行编码识别；
步骤S13：识别成功后，基站端处理模块开始工作；
步骤S14：信号AD转换模块将基站发出的模拟信号转换为数字信号，并发送到传输优化模块。
6.根据权利要求5所述的一种基于相干时间解调的信号优化系统，其特征在于：所述步骤S2进一步包括以下步骤：
步骤S21：传输优化模块接收到启动信号后打开，开始对接收到的基带发送的数字信号进行优化；
步骤S22：添加乘法器电路，为信号优化提供数字环境；
步骤S23：从载频信号库中获取与所接收到的基带发送的信号数字化后同相位的载频信号
Figure 192724DEST_PATH_IMAGE001
，其中
Figure 913555DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 16640DEST_PATH_IMAGE003
为载频信号幅度，
Figure 848330DEST_PATH_IMAGE004
为载频信号的相位；
步骤S24：识别接收到的基带信号
Figure 87681DEST_PATH_IMAGE005
，并在表达式中添加噪声干扰参数
Figure 713835DEST_PATH_IMAGE006
，其中
Figure 366533DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 674018DEST_PATH_IMAGE008
为原始信号幅度，
Figure 95772DEST_PATH_IMAGE004
为原始信号经噪声影响后的相位；
步骤S25：将各个信号输送进乘法器后进行计算，并生成解调后的信号序列
Figure 892826DEST_PATH_IMAGE009
；
步骤S26：低通滤波器接入后，对低频分量进行滤除。
7.根据权利要求6所述的一种基于相干时间解调的信号优化系统，其特征在于：所述步骤S25中，解调后的信号序列
Figure 704925DEST_PATH_IMAGE009
的计算公式为：
Figure 143996DEST_PATH_IMAGE010
其中，
Figure 352081DEST_PATH_IMAGE011
为相干解调过程中的时间，经噪声影响后的原始信号
Figure 585616DEST_PATH_IMAGE005
与载频信号
Figure 681748DEST_PATH_IMAGE001
相乘后，将信号中的高频分量与低频分量分解出来，其中低频分量为噪声与原始信号数字化后的低频分量的结合，高频分量直接进入信道进行传输。
8.根据权利要求7所述的一种基于相干时间解调的信号优化系统，其特征在于：所述步骤S3进一步包括以下步骤：
步骤S31：接收端的单片机模块置于手机内，并接入手机电源进行上电工作；
步骤S32：将处理完成后的原始信号的高频分量，接入单片机的AD采样端口，进行AD采样；
步骤S33：将三极管检波模块接入单片机的IO口；
步骤S34：单片机内的CPU对输出波形进行判断，判断完成后将优化完成的高频信号传输至设备的接收端，完成信号传输。
9.根据权利要求8所述的一种基于相干时间解调的信号优化系统，其特征在于：所述步骤S4进一步包括以下步骤：
步骤S41：移动设备的硬件处理模块对信号进行识别，判断其信号类型；信号传输包含声音、图像、视频；
步骤S42：识别完成后进行对应的解码播放。
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Citations (6)

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