CN212413151U

CN212413151U - 面向高速跳频通信的欠采样装置

Info

Publication number: CN212413151U
Application number: CN202021606826.XU
Authority: CN
Inventors: 刘长剑; 杨飞; 贺江; 王连杰; 向荣; 温黔伟
Original assignee: Chengdu M & S Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu M & S Technology Co ltd
Priority date: 2020-08-05
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2021-01-26
Anticipated expiration: 2030-08-05

Abstract

本发明公开了面向高速跳频通信的欠采样装置，涉及通信领域，信号欠采样装置包括信号接收模块、锁相环和射频开关，信号接收模块包括接收天线阵元、射频通道和欠采样组件，欠采样组件包括用于选择窄带带通模式或宽带低通模式的选择器、采样保持器和模数转换器；在模数转换器输入级加入采样保持器，有效的避免了模数转换器的输入模拟带宽有限的问题，同时通过单刀双掷射频开关的设计，确保了网控时隙和业务时隙采样时钟的相位一致；通过约束各路采样时钟的频率为互质关系，确保了能够准确重构宽带中频信号的频谱。

Description

面向高速跳频通信的欠采样装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及面向高速跳频通信的欠采样装置。

背景技术

对于窄带通信系统主要面对的干扰类型可分为有意干扰和无意干扰。针对无意干扰，一般是弱能量非持续性干扰，通过扩频、跳频等传统通信技术即可有效抑制干扰，实现无意干扰环境下的正常通信；针对有意干扰，一般是高能量持续性干扰，此时传统的扩频、跳频技术难以有效抑制强干扰，需要采用专用抗干扰技术对接收信号进行干扰预处理，以保证系统正常通信，现有的频域窄带干扰抑制算法处理延迟大，难以满足高速跳频驻留时间短、对收敛速度要求高的要求；现有的预测滤波干扰抑制算法对单音干扰收敛速度快，但对多窄带干扰收敛速度慢，也难以满足驻留时间短的高速跳频对收敛速度要求高的需求，为了提高抗干扰算法的收敛速度，存在的问题是传统通信接收机电路硬件采集到的模拟带宽有限，无法满足后续进行抗干扰分析的要求。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了面向高速跳频通信的欠采样装置。本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

面向高速跳频通信的欠采样装置，包括：

至少两组信号接收模块，每组信号接收模块包括接收天线阵元、射频通道和欠采样组件，天线阵元用于接收通信信号和干扰，射频通道用于放大信号和限制带外噪声及干扰，欠采样组件用于采集宽带中频信号，欠采样组件的采样速率低于奈奎斯特采样速率，接收天线阵元的信号输出端与射频通道的信号输入端连接，射频通道的信号输出端与欠采样组件的信号输入端连接；

至少两个用于产生采样时钟的锁相环，每个锁相环产生的采样时钟各不相同；

至少两个用于控制多个欠采样组件的采样时钟的射频开关，射频开关为单刀双掷开关，每个射频开关的第一支路与其中一个锁相环连接，一个射频开关的第二支路与一个锁相环连接，一个射频开关的公共端与一个欠采样组件的连接。

进一步地，每个欠采样组件包括用于选择窄带带通模式或宽带低通模式的选择器、采样保持器和模数转换器，采样保持器用于提升模数转换器的模拟输入带宽，模数转换器用于将宽带模拟信号转换为数字信号，选择器的信号输出端与采样保持器的信号输入端连接，采样保持器的信号输出端与模数转换器的信号输入端连接，射频开关的公共端与采样保持器和模数转换器的采样时钟引脚连接，若处于宽带频谱感知时隙，选择器选择接通宽带低通模式，否则选择器选择接通窄带带通模式。

进一步地，每个锁相环产生的采样时钟互质。

本发明的有益效果在于：在模数转换器输入级加入采样保持器，有效的避免了模数转换器的输入模拟带宽有限的问题，同时通过单刀双掷射频开关的设计，确保了网控时隙和业务时隙采样时钟的相位一致；通过约束各路采样时钟的频率为互质关系，确保了能够准确重构宽带中频信号的频谱。

附图说明

图1是本发明面向高速跳频通信的欠采样装置的结构示意图；

图2是本发明面向高速跳频通信的欠采样装置中欠采样组件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

为了解决现有抗干扰处理算法处理延迟大、收敛时间慢问题，在传统通信接收机电路硬件方案改动不大的前提下，提出面向高速跳频通信的欠采样装置和时敏抗干扰方法。

信号欠采样装置的详细说明：

如图1所示，面向高速跳频通信的欠采样装置，包括：

至少两组信号接收模块，每组信号接收模块包括接收天线阵元、射频通道和欠采样组件，天线阵元用于接收通信信号和干扰，射频通道用于对接收到的微弱信号进行放大以及限制带外噪声和干扰，欠采样组件用于采集宽带中频信号，欠采样组件的采样速率低于奈奎斯特采样速率，接收天线阵元的信号输出端与射频通道的信号输入端连接，射频通道的信号输出端与欠采样组件的信号输入端连接；

至少两个用于控制多个欠采样组件的采样时钟的射频开关，射频开关为单刀双掷开关，每个射频开关的第一支路与其中一个锁相环连接，目的是为了满足采样时钟相位一致要求，一个射频开关的第二支路与一个锁相环连接，每个锁相环产生的采样时钟互质，用于获得多路欠采样数据流，确保能够准确重构宽带中频信号的频谱，一个射频开关的公共端与一个欠采样组件的连接。

如图2所示，每个欠采样组件包括用于选择窄带带通模式或宽带低通模式的选择器、采样保持器和模数转换器，采样保持器用于提升模数转换器的模拟输入带宽，模数转换器用于将宽带模拟信号转换为数字信号，选择器的信号输出端与采样保持器的信号输入端连接，采样保持器的信号输出端与模数转换器的信号输入端连接，射频开关的公共端与采样保持器和模数转换器的采样时钟引脚连接，若处于宽带频谱感知时隙，选择器选择接通宽带低通模式，否则选择器选择接通窄带带通模式。

整个系统的时隙分配规划，原有时隙分配需要增加宽带频谱感知时隙，宽带频谱感知时隙相对于业务时隙短，具体时间长度由频谱感知所需的频率分辨率决定，例如，为了满足频率分辨率要求，欠采样信号频谱计算需要512个采样点，频谱感知和LMS初始加权值计算需要512个采样点，采样时间间隔是T_s，那么宽带频谱感知时隙需要划分1024×T_s时间，相对于业务子时隙T_t，时隙资源的消耗占1024×T_s/T_t，因此，如果业务时隙对应的采样点数量远大于1024情况时，时隙资源消耗代价通常较小。另外，对于采用相控阵天线的通信系统，业务通信通常工作在窄波束模式下，在切换到新的窄波束后，需要重新进行宽带频谱感知更新干扰信息。

在射频通道部分，可以做如下设计：针对窄带带通滤波器限制输入宽带中频信号带宽问题，可以在硬件设计时在原有窄带带通滤波器基础上，另外设计一路带宽B的低通滤波器，然后射频开关根据时隙分配模块是否处于宽带频谱感知时隙，决定选择窄带带通滤波器还是带宽为B的低通滤波器。另外，针对宽带中频信号下变频的交调严重问题，可以通过在B频段内分多段分别进行频谱感知解决，例如，将带宽为B的宽带信号分为两个B/2频段的信号，低通滤波器对应的截止频率是B/2，通过硬件控制下变频本振源的频率，可以实现分时对两个频段分别进行频谱感知。

在模数转换器输入带宽方面，可以做如下设计：所提出的方法对模数转换器的输入带宽要求高，针对普通模数转换器的输入模拟带宽通常有限问题，可以考虑在模数转换器输入级加入采样保持器(Sample-and-Hold，S/H)。例如，亚诺德公司(Analog Devices)的HMC760，该S/H具有5GHz的模拟输入带宽，能够满足大部分应用需求。

在采样时钟的频率和相位一致性方面，可以做如下设计：针对采样时钟频率和相位偏移问题，在宽带频谱感知时隙以外的网控时隙和业务时隙，可以使用射频开关切换选择同一路硬件锁相环产生的采样时钟，这样可以保证采样时钟的频率一致；在宽带频谱感知时隙，切换射频开关，使得各模数转换器工作在不同的采样率下；如图2所示，射频开关1的公共端连接至采样保持器1和模数转换器1，另外两个支路都连接至锁相环1，目的是为了保证从锁相环1输出的时钟到达各模数转换器所产生的时延一致即采样时钟的相位一致。所设计的时钟分配方法能够确保采样时钟的频率和相位一致性。在宽带频谱感知时隙干扰信息的提取只使用了欠采样数据的功率谱，因此对各路采样时钟的相位没有一致性要求。

在需要使用的欠采样组件数量方面，可以做如下设计：在通信接收电路中可能存在单个射频通道(单个模数转换器)或者多个射频通道(多个模数转换器)，本发明适用于这两种硬件实施方案，相比较而言，单个模数转换器所需的采样时间较多个模数转换器的长。在实施欠采样时，可以使用模数转换器多次经过不同采样率f_sl，l＝{1,2,...,M}采样，并且满足互质条件。例如，假设需要 M＝4组欠采样数据，如果射频通道数量是4个(4个模数转换器)，此时每一个模数转换器只需采集一次欠采样数据。如果射频通道数量减小至1个，此时单个模数转换器需要分时工作在不同采样率下采集四次欠采样数据。

信号欠采样装置的工作流程为：天线阵元接收到的微弱信号经过射频通道放大滤波处理后，由欠采样组件对模拟信号进行欠采样，转换为多路欠采样数据流，使用宽带频谱感知模块估计干扰所在频段信息，为跳频通信抗干扰模块提供干扰抑制的先验信息。

在模数转换器输入级加入采样保持器，有效的避免了模数转换器的输入模拟带宽有限的问题，同时通过单刀双掷射频开关的设计，确保了网控时隙和业务时隙采样时钟的相位一致；通过约束各路采样时钟的频率为互质关系，确保了能够准确重构宽带中频信号的频谱。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.面向高速跳频通信的欠采样装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的面向高速跳频通信的欠采样装置，其特征在于，每个欠采样组件包括用于选择窄带带通模式或宽带低通模式的选择器、采样保持器和模数转换器，采样保持器用于提升模数转换器的模拟输入带宽，模数转换器用于将宽带模拟信号转换为数字信号，选择器的信号输出端与采样保持器的信号输入端连接，采样保持器的信号输出端与模数转换器的信号输入端连接，射频开关的公共端与采样保持器和模数转换器的采样时钟引脚连接，若处于宽带频谱感知时隙，选择器选择接通宽带低通模式，否则选择器选择接通窄带带通模式。

3.根据权利要求1或2所述的面向高速跳频通信的欠采样装置，其特征在于，每个锁相环产生的采样时钟互质。