CN201467162U - 基于有源频谱压缩的码域参考Chirp超宽带系统群解调设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于有源频谱压缩的码域参考Chi rp超宽带系统群解调设备，有效解决中远距离超宽带系统的有效通信问题，结构是，逻辑单元集成电路输出端接双路数模转换器输入端，双路数模转换器上接第一低通滤波器、第二低通滤波器，并经串联的正交上变频器、倍频器、带通滤波器同功率分配器相连，功率分配器同超宽带功率放大器、正交下变频器相连，逻辑单元集成电路接双路模数转换器，双路模数转换器经第三低通滤器、第四低通滤波器同正交下变频器相连，正交下变频器经带通滤波器、超宽带低噪声放大器和收发切换器相连，收发切换器上有超宽带天线，并同超宽带功率放大器相连，其结构新颖独特，有效解决中远距离超宽带通信过程的严重多径干扰问题，是通信设备上的创新。

Description

基于有源频谱压缩的码域参考Chirp超宽带系统群解调设备

一、技术领域

本实用新型涉及通信设备，特别是一种基于有源频谱压缩的码域参考Chirp超宽带系统群解调设备。

二、背景技术

超宽带(UWB，Ultra Wide Band)技术作为一种非传统的、新颖的无线传输技术，通常采用极窄脉冲(脉宽在纳秒至数百皮秒量级)或极宽的频谱(相对带宽大于20％或绝对带宽大于500MHz)来传送信息。

现有超宽带技术体制从信号调制的角度可以划分为脉冲调制和载波调制两大类，其中脉冲调制方式被称为IR-UWB，载波调制方式则包括MB-OFDM、DS-CDMA、Chirp-UWB等；从信号检测的角度可以划分为发送参考方式和非发送参考方式两大类，其中发送参考方式的本质是自相干检测，非发送参考方式则包括相干和非相干检测。

现有的超宽带无线传输技术主要面向近距离、高速率的应用领域，但在诸多应用领域，需要进一步提高超宽带无线传输的距离。而现有超宽带技术体制主要针对近距离应用提出的，因此直接应用于中远距离无线传输领域将面临着着诸多困难。具体地讲，随着通信距离的拓展，超宽带无线传输将主要面临以下突出困难：多径干扰更加严重；系统的性能指标要求与低功耗、小型化设计之间更加突出；与其它系统的共存性问题将会更加突出；带内其它信号的干扰将更加严重；现有超宽带系统发射效率低的问题更加突出；现有器件水平成为制约超宽带技术实用化水平的主要瓶颈，随着通信距离的进一步提高，这一问题将更加突出。

三、实用新型内容

针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本实用新型之目的就是提供一种基于有源频谱压缩的码域参考Chirp超宽带系统群解调设备，可有效解决中远距离超宽带系统的有效通信问题，其解决的技术方案是，包括有壳体和壳体内的发射与接收装置，所说的发射与接收装置是逻辑单元集成电路输出端接双路数模转换器输入端，双路数模转换器上分别接有第一低通滤波器、第二低通滤波器，并经串联的正交上变频器、倍频器、带通滤波器同功率分配器相连，功率分配器分别同超宽带功率放大器、正交下变频器相连，逻辑单元集成电路输入端上接有双路模数转换器，双路模数转换器经第三低通滤器、第四低通滤波器同正交下变频器相连，正交下变频器经串联的带通滤波器、超宽带低噪声放大器和收发切换器相连，收发切换器上装有超宽带天线，收发切换器并同超宽带功率放大器相连，本实用新型结构新颖独特，在保持发送参考脉冲超宽带固有的优点基础上，在接收端实现对信号能量的聚集，有效解决中远距离超宽带通信过程的严重多径干扰问题，进而提高了设备的性能，隐蔽性强，精度高，是通信设备上的创新。

四、附图说明

附图为本实用新型的发射与接收结构图。

五、具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

由附图所示，本实用新型包括有壳体和壳体内的发射与接收装置，所说的发射与接收装置是逻辑单元集成电路1输出端接双路数模转换器8输入端，双路数模转换器8上分别接有第一低通滤波器9、第二低通滤波器10，并经串联的正交上变频器11、倍频器12、带通滤波器13同功率分配器14相连，功率分配器14分别同超宽带功率放大器15、正交下变频器20相连，逻辑单元集成电路1输入端上接有双路模数转换器23，双路模数转换器23经第三低通滤器21、第四低通滤波器22同正交下变频器20相连，正交下变频器20经串联的带通滤波器19、超宽带低噪声放大器18和收发切换器16相连，收发切换器16上装有超宽带天线17，收发切换器16并同超宽带功率放大器15相连。

为了保证使用效果，所说的逻辑单元集成电路1是数据控制与接收模块2两输出端上分别接有两个乘法器模块3、5，两乘法器模块3、5间装有正交码产生器模块4，两乘法器模块同加法器模块6输入端相连，加法器模块6输出端同Chirp信号产生器7输入端相连，Chirp信号产生器7输出端同双路数模转换器8相连，数据控制与接收模块2的输入端接多径合并模块32，多径合并模块32输入端分别同群同步捕获与跟踪模块25、符号累加器组模块31相连，群同步捕获与跟踪模块25输出端分别同延时线组模块30、正交码发生器组模块29、多径选择模块26相连，多相滤波模块24输出端同群同步捕获与跟踪模块25相连，多相滤波模块24经串联的多径选择模块26、平方器组模块27、乘法器模块28与延时线组模块30的输入端相连，正交码发生器组模块29输出端同乘法器组模块28相连，多相滤波模块24同双路模数转换器23的输出端相连。

本实用新型的工作情况是，当系统设备处在发射状态时，逻辑单元集成电路1通过数据输入输出管脚接收外部输入的待调数据信号，在数据控制与接口模块2的控制下，待调数据送到乘法器模块3，与正交码产生器模块4中产生的正交码字(如WALSH码)完成待调数据的正交码扩频，送入加法器模块6，同时，数据控制与接口模块2根据传输速率形成导频数据，并与正交码产生器模块4中产生不同的正交码字完成待调数据的正交码扩频，送入加法器模块6；

乘法器模块3和乘法器模块5的输出数据同时送入加法器模块6，加法器模块6完成对输入的两路数据的相加功能，并将相加后形成的COTR调制数据送入Chirp信号产生器模块7；

Chirp信号产生器模块7根据加法器模块6送来的COTR调制数据，产生与符号速率相适应的相互正交的I、Q两路Chirp-COTR调制数据，Chirp信号产生器模块7产生的I、Q两路Chirp-COTR调制数据经过FPGA芯片1的输出管脚送入双路数模转换器(ADC)8；

双路数模转换器8实现将Chirp信号产生器模块7送入的I、Q两路数字调制信号转换为I、Q两路模拟调制信号，并分别送入低通滤波器(LPF)9、10；

低通滤波器9、10实现将双路数模转换器8送入的I、Q两路模拟调制信号的模拟低通滤波功能，并将低通滤波后的I、Q两路模拟调制信号送入正交上变频器(QUC)11；

正交上变频器11实现将低通滤波器9、10送入的I、Q两路模拟调制信号的正交上变频功能，并将正交上变频后形成的中频调制信号送入倍频器12；

倍频器12实现将正交上变频器11送入的中频调制信号的倍频功能，倍频数由中频模拟调制信号的带宽和需要产生的超宽带Chirp信号的带宽决定(如3倍频)，倍频后的一路射频Chirp-COTR-UWB信号送入带通滤波器(BPF)13；

带通滤波器13实现将倍频器12送入的射频Chirp-COTR-UWB信号的模拟带通滤波功能，从而滤除倍频形成的谐波分量，带通滤波后的射频Chirp-COTR-UWB信号送入功率分配器14；

功率分配器14实现将带通滤波器13送入的射频Chirp-COTR-UWB信号的功率分配功能，从而将射频Chirp-COTR-UWB信号分为两路射频信号，其中一路射频信号送入接收端的正交下变频器(QDC)20，当系统处在接收状态时作为本地Chirp模板信号；另一路射频信号送入超宽带功率放大器(PA)15；

超宽带功率放大器15实现将功率分配器14送入的射频Chirp-COTR-UWB信号的功率放大功能，并将功率放大后的射频Chirp-COTR-UWB信号送入收发切换器16；

收发切换器16实现系统收发状态切换功能，当系统处在发射状态时，收发切换器16将超宽带功率放大器15送入的射频Chirp-COTR-UWB信号送入超宽带天线17；

超宽带天线17接收收发切换器16馈入的射频Chirp-COTR-UWB信号，并将其发射出去，从而完成整个系统发射过程；

当系统处在接收状态时，超宽带天线17接收Chirp-COTR-UWB信号，并送入收发切换器16；

收发切换器16在接收状态时，将超宽带天线17送入的射频Chirp-COTR-UWB信号送入超宽带低噪声放大器(LNA)18；

超宽带低噪声放大器18实现将收发切换器16送入的射频Chirp-COTR-UWB信号的低噪声信号放大功能，并将低噪声放大后的射频Chirp-COTR-UWB信号送入带通滤波器(BPF)19；

带通滤波器19实现将超宽带低噪声放大器18送入的射频Chirp-COTR-UWB信号的带外噪声抑制功能，经过带通滤波器19的带通滤波后的射频Chirp-COTR-UWB信号送入正交下变频器(QDC)20；

正交下变频器20接收来自带通滤波器19的射频Chirp-COTR-UWB信号以及来自系统发射端功率分配器14的本地Chirp模板信号，实现将接收到射频Chirp-COTR-UWB信号的正交下变频功能，结合Chirp信号的时频域分布特点，整个正交下变频过程实际上实现了对接收信号的有源频谱压缩(ASC)过程，经过有源频谱压缩后的超宽带信号变换为相互正交的I、Q两路窄带信号，正交下变频器20输出的I、Q两路窄带信号分别送入低通滤波器(LPF)21、22；

低通滤波器21、22接收来自正交下变频器20送入的I、Q两路窄带信号，实现对有源频谱压缩后信号的带外谐波抑制功能，低通滤波器21、22输出的I、Q两路窄带信号送入双路模数转换器(DAC)23；

双路模数转换器23实现将低通滤波器21、22送入的I、Q两路窄带模拟信号转换为I、Q两路数字信号，并通过FPGA芯片1的输入管脚送入FPGA1中的多相滤波模块24；

多相滤波模块24接收双路模数转换器23送入的I、Q两路数字信号，实现对系统处理带宽内信号的频域分析和信道化接收功能，多项滤波模块24将系统处理带宽划分为M路子信道，多相滤波输出的M路子带数据送入群同步捕获与跟踪模块25和多径选择模块26，根据多相滤波的原理，此M路子带数据既可以看作是针对系统处理带宽内的频域分析结果，也可以看作是系统处理带宽内各子带信号经过数字正交下变频和数字低通滤波后的输出结果；

群同步捕获与跟踪模块25接收多相滤波模块24送入的M路子带数据，当系统处于同步捕获状态时，群同步捕获与跟踪模块25根据M路子带数据以及调整发射端Chirp信号产生模块7的时序，可以实现对接收信号的群同步捕获功能；当系统处于同步跟踪状态时，群同步捕获与跟踪模块25根据M路子带数据，可以实现对接收信号的群同步跟踪功能，群同步捕获与跟踪模块25分别向多径选择模块26提供N路多径权值，向正交码发生器组模块29提供N路多径时延值，向延时线组模块30提供N路多径时延值，向多径合并模块32提供N路多径权值，从而为Chirp-COTR-UWB信号的群解调提供必要的同步信息，其中M是系统信道化数，典型的数值是2048；N是系统可以处理的多径数，典型的数值是12；M、N的数值根据FPGA1的资源和系统指标要求加以确定，存在M＞N；

多径选择模块26接收来自多相滤波模块24的M路子带数据和来自群同步捕获与跟踪模块25的N路多径权值，根据N路多径权值从M路子带数据中实时选择N路子带数据，并送入平方器组模块27；

平方器组模块27接收来自多径选择模块26的N路子带数据，根据COTR-UWB的解调原理，实现对N路子带数据的自相干功能，平方器组模块27输出的N路子带数据送入乘法器组模块28，同时，正交码发生器组模块29接收来自群同步捕获与跟踪模块25的N路多径时延值，产生对应N路子信道的正交码组，并送入乘法器组模块28；

乘法器组模块28接收来自平方器组模块27的N路子带数据和来自正交码发生器组模块29的N路子信道的正交码组，根据COTR-UWB的解调原理，实现对N路子带数据的解正交功能，乘法器组模块28输出的N路子带数据送入延时线组模块30；

延时线组模块30接收来自乘法器组模块28的N路子带数据和来自群同步捕获与跟踪模块25的N路多径时延值，在N路多径时延值的控制下，实现对N路子带数据的时延对齐功能，延时线组模块30输出的N路子带数据送入符号累加器组模块31；

符号累加器组模块31接收来自延时线组模块30的N路子带数据，根据COTR-UWB的解调原理，实现对N路子带数据的符号周期内数据累加功能，符号累加器组模块31输出N路子带数据送入多径合并模块32；

多径合并模块32接收来自符号累加器组模块31的N路子带数据和来自群同步捕获与跟踪模块25的N路多径权值，在N路多径权值的控制下，实现对N路子带数据的最大比合并功能，从而完成整个Chirp-COTR-UWB信号的群解调过程，多径合并模块32输出一路解调数据送入数据控制与接口模块2；

数据控制与接口模块2接收来自多径合并模块32的一路解调数据，通过FPGA芯片1的数据输入输出管脚输出系统接收的数据信息，从而完成整个系统接收过程。

本实用新型所用的各组件均是公知的现有技术，本实用新型的创造性贡献在于将这些现有技术科学、合理的组合在一起，构成一种适用于基于有源频谱压缩参考Chirp超宽带系统群解调方法的设备，有效解决了中远距离超宽带系统的有效通信问题，并具有以下突出的优点：

(1)保持了发送参考脉冲超宽带固有的技术优势；

(2)根据传输距离来设计线性扫频的周期和带宽，在接收端实现对信号能量的聚集，可以较好地解决中远距离超宽带通信过程的严重多径干扰问题，进而提高了系统的性能；

(3)在系统设计时，可以根据实际应用环境灵活选择工作频段和工作带宽，从而避开主要的干扰源，同时避免对其它通信系统的干扰，此外，接收机对各类外部干扰信号具有较强的抑制作用；

(4)信号在频域和时域上均具有良好的隐蔽性；

(5)接收端可以利用线性调频带来的增益，从而有效地提高了系统性能；

(6)由于采用恒包络信号结构，从而有效提高了信号发射效率；

(7)保持了脉冲的高时间分辨率特性，具备了高精度测距的能力。

Claims (2)

1.一种基于有源频谱压缩的码域参考Chirp超宽带系统群解调设备，包括有壳体和壳体内的发射与接收装置，其特征在于，所说的发射与接收装置是逻辑单元集成电路(1)输出端接双路数模转换器(8)输入端，双路数模转换器(8)上分别接有第一低通滤波器(9)、第二低通滤波器(10)，并经串联的正交上变频器(11)、倍频器(12)、带通滤波器(13)同功率分配器(14)相连，功率分配器(14)分别同超宽带功率放大器(15)、正交下变频器(20)相连，逻辑单元集成电路(1)输入端上接有双路模数转换器(23)，双路模数转换器(23)经第三低通滤器(21)、第四低通滤波器(22)同正交下变频器(20)相连，正交下变频器(20)经串联的带通滤波器(19)、超宽带低噪声放大器(18)和收发切换器(16)相连，收发切换器(16)上装有超宽带天线(17)，收发切换器(16)并同超宽带功率放大器(15)相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于有源频谱压缩的码域参考Chirp超宽带系统群解调设备，其特征在于，所说的逻辑单元集成电路(1)是数据控制与接收模块(2)两输出端上分别接有两个乘法器模块(3、5)，两乘法器模块(3、5)间装有正交码产生器模块(4)，两乘法器模块同加法器模块(6)输入端相连，加法器模块(6)输出端同Chirp信号产生器(7)输入端相连，Chirp信号产生器(7)输出端同双路数模转换器(8)相连，数据控制与接收模块(2)的输入端接多径合并模块(32)，多径合并模块(32)输入端分别同群同步捕获与跟踪模块(25)、符号累加器组模块(31)相连，群同步捕获与跟踪模块(25)输出端分别同延时线组模块(30)、正交码发生器组模块(29)、多径选择模块(26)相连，多相滤波模块(24)输出端同群同步捕获与跟踪模块(25)相连，多相滤波模块(24)经串联的多径选择模块(26)、平方器组模块(27)、乘法器组模块(28)与延时线组模块(30)的输入端相连，正交码发生器组模块(29)输出端同乘法器组模块(28)相连，多相滤波模块(24)同双路模数转换器(23)的输出端相连。