CN207926605U - 一种多路无线电信号监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于通信领域，提供了一种多路无线电信号监测装置。所述多路无线电信号监测装置包括依次电连接的多路ADC模块、ADC通路选择模块、多路正交混频模块、DDC多级抽取滤波模块、带宽选择模块、通道仲裁模块和多模式音频解调模块，还包括与通道仲裁模块的输出端连接的频谱计算模块和与频谱计算模块的输出端连接的ITU参数测量模块，多路ADC模块的输入端接收多路中频模拟信号。本实用新型可同时监测分析中频带宽内的多路窄带信号，非常灵活实用；大大减少了资源利用率；解决了多路监测工程实现的瓶颈，具有较高的工程实用价值。

Description

一种多路无线电信号监测装置

技术领域

本实用新型属于通信领域，尤其涉及一种多路无线电信号监测装置。

背景技术

现有技术的单路无线电信号监测装置如图1所示，一般由模拟中频信号经过ADC采样、进行正交混频、抽取滤波、带宽选择、音频解调、频谱计算、ITU参数测量等模块构成。多路无线电信号监测的技术方案通常是将图1单路监测的实现方法进行多次复制去实现，这种多路无线电信号监测的技术方案优点是结构简单、易于实现与调试，工程实现耗时短。缺点是，同时实现多路无线电信号监测时数字信号处理算法所需要计算资源太多，即实现N几路无线电信号监测所用资源是单路无线电信号监测的N倍，当监测通道数非常多时(如32/64通道)，所耗费的资源多得让人难以接受，限制了无线电信号监测的总带宽，成本也非常高昂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多路无线电信号监测装置，旨在解决现有技术实现多路无线电信号监测时数字信号处理算法所需计算资源过多，无线电监测的总带宽成倍提高的问题。

本实用新型提供了一种多路无线电信号监测装置，其特征在于，包括依次电连接的多路ADC模块、ADC通路选择模块、多路正交混频模块、DDC多级抽取滤波模块、带宽选择模块、通道仲裁模块和多模式音频解调模块，还包括与通道仲裁模块的输出端连接的频谱计算模块和与频谱计算模块的输出端连接的ITU参数测量模块，多路ADC模块的输入端接收多路中频模拟信号，其中，

多路ADC模块用于对多路中频模拟信号进行模数转换处理；

ADC通路选择模块用于根据中心频率参数为监测通道选择其中一个ADC，以实现监测中心频率选择；

多路正交混频模块用于多路并行正交混频处理，与监测通道数量对应；

DDC多级抽取滤波模块采用分时复用的方式完成抽取滤波，输出不同窄带带宽的I/Q数据；

带宽选择模块用于根据设置参数为每个监测通道选择监测解调带宽；

通道仲裁模块用于对数据通路的仲裁选择；

多模式音频解调模块采用分时复用和流水线处理方式，每个时钟周期处理一个监测通道的音频解调；

频谱计算模块用于将时域信号转换成频域信号，得到功率谱数据，频谱计算模块采用分时复用的方式完成多个通道的数据处理；

ITU参数测量模块用于根据功率谱数据完成ITU参数的测量，ITU参数测量模块采用分时复用的方式完成多个通道的数据处理。

进一步地，所述DDC多级抽取滤波模块具体包括依次电连接的CIC滤波器组、数据排序模块和2倍抽取FIR半带滤波器组，CIC滤波器组包括N个并联的CIC滤波器，完成对多路正交混频后的N路I/Q数据的抽取滤波，使得各路I/Q数据采样率迅速降为原来的1/I，其中I为抽取倍数，然后将各通道I/Q数据输入数据排序模块，数据排序模块对各路I/Q数据进行缓存，然后分时取出每一个通道的I/Q数据送给2倍抽取FIR半带滤波器组，2倍抽取FIR半带滤波器组包括M个串联的2倍抽取FIR半带滤波器，M个串联的2倍抽取FIR半带滤波器逐级进行2倍抽取，以后的每一级半带滤波器输出I/Q数据的采样率变为原来的1/2，得到M组不同窄带带宽的I/Q数据。

进一步地，所述多模式音频解调模块包括依次电连接的数据排序模块、通道选择判断模块、解调模式选择模块和多模式解调模块；其中，数据排序模块主要对多个通道的数据进行仲裁，轮询输入；通道选择判断模块对排序后输入的数据进行通道判断，确定对哪一个通道进行解调；解调模式选择模块对输入某个通道进行解调模式选择；多模式解调模块采用模块分时复用和流水线处理方式，模块分时复用指的是对解调的通用模块进行分时复用。

在本实用新型中，由于多路无线电信号监测装置包括DDC多级抽取滤波模块、多模式音频解调模块和频谱计算模块，DDC多级抽取滤波模块采用分时复用的方式完成抽取滤波，输出不同窄带带宽的I/Q数据；多模式音频解调模块采用分时复用和流水线处理方式，每个时钟周期处理一个监测通道的音频解调；频谱计算模块用于将时域信号转换成频域信号，得到功率谱数据，频谱计算模块采用分时复用的方式完成多个通道的数据处理。因此可同时监测分析中频带宽内的多路窄带信号，非常灵活实用；大大减少了资源利用率，在使用相同FPGA资源的情况下将监测通道数量增加近5倍，监测的总带宽也增加K(K为ADC的个数)倍，每路监测都支持中心频率、解调带宽和解调方式的选择，非常灵活；解决了多路监测工程实现的瓶颈，具有较高的工程实用价值。

附图说明

图1是现有技术提供的单路无线电信号监测装置的具体结构框图。

图2是本实用新型实施例提供的多路无线电信号监测装置的具体结构框图。

图3是本实用新型实施例中多路正交混频模块的具体结构框图。

图4是本实用新型实施例中DDC多级抽取滤波模块的具体结构框图。

图5是本实用新型实施例中多模式音频解调模块的具体结构框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

请参阅图2，本实用新型实施例提供的多路无线电信号监测装置包括依次电连接的多路ADC模块11、ADC通路选择模块12、多路正交混频模块13、DDC(Digital DownConverter，数字下变频)多级抽取滤波模块14、带宽选择模块15、通道仲裁模块16和多模式音频解调模块17，还包括与通道仲裁模块16的输出端连接的频谱计算模块18和与频谱计算模块18的输出端连接的ITU参数测量模块19，多路ADC模块11的输入端接收多路中频模拟信号，其中，

多路ADC模块11用于对多路中频模拟信号进行模数转换处理；

ADC通路选择模块12用于根据中心频率参数为监测通道选择其中一个ADC，以实现监测中心频率选择；

多路正交混频模块13用于多路并行正交混频处理，与监测通道数量N对应；

DDC多级抽取滤波模块14采用分时复用的方式完成抽取滤波，输出不同窄带带宽的I/Q数据；

带宽选择模块15用于根据设置参数为每个监测通道选择监测解调带宽；

通道仲裁模块16用于对数据通路的仲裁选择；

多模式音频解调模块17采用分时复用和流水线处理方式，每个时钟周期处理一个监测通道的音频解调；

频谱计算模块18用于将时域信号转换成频域信号，得到功率谱数据，频谱计算模块18采用分时复用的方式完成多个通道的数据处理；

ITU参数测量模块19用于根据功率谱数据完成ITU参数的测量，ITU参数测量模块19采用分时复用的方式完成多个通道的数据处理。

在本实用新型实施例中，

多路ADC模块包括多个(例如K个)ADC并行连接至ADC通路选择模块，通过ADC通路选择模块进行选择控制。

ADC通路选择模块根据设置参数(设置参数可由上位机进行下发)为每一个监测通道从K个ADC当中选择一个ADC，每个ADC可根据设置参数对不同的频段进行中频采样。例如，单个ADC所支持的中频带宽最大为40MHz，则总的监测带宽最大支持为40*K MHz带宽范围内的监测，每个监测通道可选择40*K MHz带宽内的任意一个频率点。

请参阅图3，多路正交混频模块具体可以包含N个NCO模块，采用并行的结构完成多路混频后将N路I/Q数据输出。

请参阅图4，DDC多级抽取滤波模块具体可以包括依次电连接的CIC滤波器组141、数据排序模块142和2倍抽取FIR半带滤波器组143，CIC滤波器组141包括N个并联的CIC滤波器，完成对多路正交混频后的N路I/Q数据的抽取滤波，使得各路I/Q数据采样率迅速降为原来的1/I(I为抽取倍数)，抽取倍数可根据解调所需的最大采样率来决定，然后将各通道I/Q数据输入数据排序模块142，该模块对各路I/Q数据进行缓存，然后分时取出每一个通道的I/Q数据送给2倍抽取FIR半带滤波器组143，2倍抽取FIR半带滤波器组143包括M个串联的2倍抽取FIR半带滤波器，这样便可以完成多个监测通道复用2倍抽取FIR半带滤波器组，M个串联的2倍抽取FIR半带滤波器逐级进行2倍抽取，以后的每一级半带滤波器输出I/Q数据的采样率变为原来的1/2，这样就可以得到M组不同窄带带宽的I/Q数据，分别为Data[1]…Data[M-1]、Data[M]，这M组不同窄带带宽I/Q数据连接至带宽选择模块，通过带宽选择模块进行选择，从而获取音频解调所需的不同的窄带带宽。由于窄带解调所需的I/Q数据的采样率是逐级降低的，因此多级半带滤波器组所用的资源也将会逐级降低，从而进一步节省了资源；采用此方案最少可复用N个监测通道，即每个监测通道的可选解调带宽为M个，此方案在N个通道复用的情况下只需一个多通道多级抽取滤波器组即可完成，该模块使用乘法器资源为一般方案的17％左右，LUT资源只需要一般方案的18％左右。

假设监测通道数为32，模拟中频信号采样率为102.4MHz，而音频解调所需的最大采样率为3.2MHz，则DDC多级抽取模块第一级抽取可使用CIC滤波器组进行32倍抽取，将其采样率降低为3.2MHz。系统时钟为102.4MHz，设2倍抽取FIR半带滤波器组包括12个2倍抽取FIR半带滤波器，则可完成32个通道复用，表1为该模块消耗资源与一般方案的对比列表，使用寄存器及乘法器资源为一般方案的17％左右，使用LUT资源为一般方案的18％左右。输出可供选择的解调I/Q数据带宽为800Hz、1.6kHz、3.125kHz、6.25kHz、12.5kHz、25kHz、50kHz、100kHz、200kHz、400kHz、800kHz、1.6MHz。

表1

带宽选择模块根据每个监测通道的所设置的解调带宽参数为监测通道选择所需的解调带宽I/Q数据，解调带宽参数由上位机下发，单个通道可以选择M种不同解调带宽的I/Q数据。

通道仲裁模块对复用的DDC多级抽取模块输出的多通道I/Q数据进行仲裁。当监测通道所选带宽不相同时，则对应通道的带宽选择模块的输出I/Q数据可能会同时有效，多模式音频解调模块是分时复用的，不能同时对多于一路的监测通道同时解调，因此要对待解调I/Q数据进行仲裁选择，错开同时有效的通道I/Q数据，将同时有效并行的多路I/Q数据转换为串行I/Q数据流，以符合解调模块的输入时序，因为多模式音频解调模块的时钟频率远大于解调数据的速率，因此由并行转换为串行之后有足够的时间处理。

请参阅图5，多模式音频解调模块包括依次电连接的数据排序模块171、通道选择判断模块172、解调模式选择模块173和多模式解调模块174。数据排序模块171主要对N个通道的数据进行仲裁，轮询输入，这样可以保证数据不会出现堵塞或基带速率较低的监测通道被抢占；通道选择判断模块172对排序后输入的数据进行通道判断，确定对哪一个通道进行解调；解调模式选择模块173对输入某个通道进行解调模式选择，单个通道可以同时选择不同的解调模式；多模式解调模块174通常会占用大量的资源，解决占用资源问题其内部采用独特的结构与时序设计，具体采用模块分时复用和流水线处理方式，模块分时复用指的是对解调的通用模块进行分时复用。例如AM和CW解调都需要用到开方IP核进行数据处理，在完成这两种解调时可复用一个IP核，从而节约资源。流水线设计保证了数据处理的速度，同时保证一个周期可以处理一个监测通道的解调，可支持AM、FM、PM、CW、SSB和DSB等解调方式，每个监测通道都可选择不同的解调方式和解调带宽，对各个监测通道的数据输入顺序没有要求，也没有解调数据连接性的要求，可对监测通道进行乱序解调，但依然能保证每个监测通道解调声音的连续性。

多模式音频解调模块还可以包括与多模式解调模块174输出端电连接的速率转换模块175，速率转换模块175根据需要对解调后的音频数据设置不同的音频数据码率，完成速率转换。例如上传到上位机的音频数据速率要求为25KHz，因此要将解调出来的音频数据进行速率转换，当速率大于25KHz时将解调数据的速率降低；当速率小于25KHz时要将速率提高。

频谱计算模块需要较高的计算量，考虑FPGA资源及处理速度，频谱计算模块也采用分时复用的方式，在高时钟频率下分时处理各通道输入I/Q数据，对多个通道I/Q数据按照先存储后排序的方式分时输入FFT IP核进行处理，当有效数据存储量达到设定的FFT点数后，按照排序选择相应的通道的I/Q数据送入FFT模块进行计算，考虑在频段扫描和数据扫描时，处理时间要求尽可能短，因此FFT模块也采用流水线方式，以提高监测系统的性能。

ITU参数测量模块用于对ITU参数进行测量，ITU参数测量模块也采用分时复用的处理方式，在高时钟频率下分时处理从频谱计算模块输出的各个通道的I/Q频谱数据，从而节约资源。ITU参数可以是电平、xdb带宽、βdb带宽、调幅度和中心频率等。

在本实用新型中，由于多路无线电信号监测装置包括DDC多级抽取滤波模块、多模式音频解调模块和频谱计算模块，DDC多级抽取滤波模块采用分时复用的方式完成抽取滤波，输出不同窄带带宽的I/Q数据；多模式音频解调模块采用分时复用和流水线处理方式，每个时钟周期处理一个监测通道的音频解调；频谱计算模块用于将时域信号转换成频域信号，得到功率谱数据，频谱计算模块采用分时复用的方式完成多个通道的数据处理。因此可同时监测分析中频带宽内的多路窄带信号，非常灵活实用；大大减少了资源利用率，在使用相同FPGA资源的情况下将监测通道数量增加近5倍，监测的总带宽也增加K(K为ADC的个数)倍，每路监测都支持中心频率、解调带宽和解调方式的选择，非常灵活；解决了多路监测工程实现的瓶颈，具有较高的工程实用价值。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多路无线电信号监测装置，其特征在于，包括依次电连接的多路ADC模块、ADC通路选择模块、多路正交混频模块、DDC多级抽取滤波模块、带宽选择模块、通道仲裁模块和多模式音频解调模块，还包括与通道仲裁模块的输出端连接的频谱计算模块和与频谱计算模块的输出端连接的ITU参数测量模块，多路ADC模块的输入端接收多路中频模拟信号，其中，

多路ADC模块用于对多路中频模拟信号进行模数转换处理；

ADC通路选择模块用于根据中心频率参数为监测通道选择其中一个ADC，以实现监测中心频率选择；

多路正交混频模块用于多路并行正交混频处理，与监测通道数量对应；

DDC多级抽取滤波模块采用分时复用的方式完成抽取滤波，输出不同窄带带宽的I/Q数据；

带宽选择模块用于根据设置参数为每个监测通道选择监测解调带宽；

通道仲裁模块用于对数据通路的仲裁选择；

多模式音频解调模块采用分时复用和流水线处理方式，每个时钟周期处理一个监测通道的音频解调；

频谱计算模块用于将时域信号转换成频域信号，得到功率谱数据，频谱计算模块采用分时复用的方式完成多个通道的数据处理；

ITU参数测量模块用于根据功率谱数据完成ITU参数的测量，ITU参数测量模块采用分时复用的方式完成多个通道的数据处理。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多路正交混频模块具体包含N个NCO模块，采用并行的结构完成多路混频后将N路I/Q数据输出。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述DDC多级抽取滤波模块具体包括依次电连接的CIC滤波器组、数据排序模块和2倍抽取FIR半带滤波器组，CIC滤波器组包括N个并联的CIC滤波器，完成对多路正交混频后的N路I/Q数据的抽取滤波，使得各路I/Q数据采样率迅速降为原来的1/I，其中I为抽取倍数，然后将各通道I/Q数据输入数据排序模块，数据排序模块对各路I/Q数据进行缓存，然后分时取出每一个通道的I/Q数据送给2倍抽取FIR半带滤波器组，2倍抽取FIR半带滤波器组包括M个串联的2倍抽取FIR半带滤波器，M个串联的2倍抽取FIR半带滤波器逐级进行2倍抽取，以后的每一级半带滤波器输出I/Q数据的采样率变为原来的1/2，得到M组不同窄带带宽的I/Q数据。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述抽取倍数根据解调所需的最大采样率来决定。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通道仲裁模块对待解调I/Q数据进行仲裁选择，错开同时有效的通道I/Q数据，将同时有效并行的多路I/Q数据转换为串行I/Q数据流，以符合解调模块的输入时序。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多模式音频解调模块包括依次电连接的数据排序模块、通道选择判断模块、解调模式选择模块和多模式解调模块；其中，数据排序模块主要对多个通道的数据进行仲裁，轮询输入；通道选择判断模块对排序后输入的数据进行通道判断，确定对哪一个通道进行解调；解调模式选择模块对输入某个通道进行解调模式选择；多模式解调模块采用模块分时复用和流水线处理方式，模块分时复用指的是对解调的通用模块进行分时复用。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述多模式解调模块支持AM、FM、PM、CW、SSB和DSB解调方式。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述多模式音频解调模块还包括与多模式解调模块输出端电连接的速率转换模块，速率转换模块根据需要对解调后的音频数据设置不同的音频数据码率，完成速率转换。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述频谱计算模块在高时钟频率下分时处理各通道输入I/Q数据，对多个通道I/Q数据按照先存储后排序的方式分时输入FFT IP核进行处理，当有效数据存储量达到设定的FFT点数后，按照排序选择相应的通道的I/Q数据送入FFT模块进行计算，FFT模块采用流水线方式。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，ITU参数包括电平、xdb带宽、βdb带宽、调幅度、中心频率中的一种或任意组合。