一種短波寬帶信道非相干探測系統及探測方法
2023-05-23 13:51:06
專利名稱：一種短波寬帶信道非相干探測系統及探測方法
技術領域：
本發明涉及通信技術領域，更具體地涉及ー種短波寬帶信道非相干探測系統及探測方法。
背景技術：
短波信道是ー種時變色散信道，由幹天波經電離層反射後會造成信號的衰落和頻率散布，以及周圍環境電磁噪聲的幹擾，使得短波信道沒有蜂窩系統信道那麼穩定。在此環境下，對短波信道進行實時探測很有必要。
目前，短波信道探測一般採用掃頻的方式，在整個或部分HF頻段按頻率步進依次發射探測信號，毎次探測信號3dB，在接收端又依次掃描接收該探測信號。這種掃描探測方法，是對短波信道的盲掃描，掃描周期長，完全不能滿足快速建鏈的要求；且現有的短波通信中，對信道的探測都是在窄帶的情況下進行的，都是通過改變中心頻率來掃描，導致信道探測的時間很長，不能滿足用戶需求。
發明內容
為彌補上述缺陷，本發明的目的是提出ー種短波寬帶信道非相干探測系統及探測方法。為了達到上述目的，本發明採用以下技術方案予以實現。技術方案一—種短波寬帶信道非相干探測系統，包括前端模擬裝置和能量檢測裝置，所述前端模擬裝置用於信號的濾波、放大處理；所述能量檢測裝置對所述前端模擬裝置處理後的信號進行監測得到該信號頻率，其特徵在於，所述前端模擬裝置包括AGC模塊，用於控制信號的幅度變化範圍；所述能量檢測裝置包括非相干解調裝置、FFT頻譜檢測模塊、信噪比指數門限設定模塊、動態特徵係數提取模塊；所述非相干解調裝置包括下變頻模塊和帶寬可調濾波器組，所述下變頻模塊通過調節動態特徵係數對短波信道進行實時探測；所述帶寬可調濾波器組用於信號檢測時調節信道帶寬；所述FFT頻譜檢測模塊檢測的結果與所述信噪比指數門限設定模塊設定門限值比較得到信道的頻率；所述動態特徵係數提取模塊用於提取所述系統探測過程中得到的動態特徵係數，並通過調節動態特徵係數自動調節信道帶寬。上述技術方案的特點和進ー步改進在於(I)所述能量檢測裝置還包括信道的頻率檢測與評估模塊，所述信道的頻率檢測與評估模塊檢測到信道的頻率，並結合所述動態特徵係數分析評估該信道。(2)所述FFT頻譜檢測模塊將時域信號經過FFT轉換得到頻域信號，然後對頻域信號求模平方和得到累計能量。 (3)所述非相干解調裝置還包括直接數字頻率合成模塊DDS，所述DDS用來產生載波的正、餘弦信號與所述AGC模塊處理後的信號分別混頻。
(4)所述動態特徵係數包括混頻幅度係數、各級濾波放大係數和AGC放大係數。本發明技術方案中的信道非相干探測裝置主要完成的功能是下變頻、濾波，所得結果進入FFT能量檢測模塊進行檢測，再通過比較，提取特徵係數及進行信道的頻率檢測與評估。為了避免發生漏檢，將在IM帶寬信道內檢測到大於一定門限值時，將其視為需要帶寬更窄的信號檢測，如將信道帶寬變為500kHz，或更低。為實現該功能，引入帶寬可調數字濾波器組來實現。要提高系統檢測信號的靈敏度，則需要AGC來控制實現。技術方案ニ ー種短波寬帶信道非相干探測方法，其特徵在於，短波信號經過濾波、放大處理後，進入非相干解調裝置解調後進行信號探測，當探測到有信號時，將信號累計能量與信噪比門限設定值進行比較，如果大於此門限值時，自動調節信道帶寬，進行細微探測；反覆上述探測方法，直到信號累計能量不大於信噪比門限設定值時，結束探測。 上述技術方案的特點和進ー步改進在於(I)所述自動調節信道帶寬是通過自動調節動態特徵係數來調節信道帶寬。(2)對所述非相干解調裝置輸出結果進行FFT轉換後的信號模平方求和得到信號
累計能量。(3)所述信號累計能量與信噪比門限設定值進行比較得到信道頻率號，所述信道頻率號的計算公式為fN = (|ディ。|父1024)/^，其中デ為1^信號，f。為中心頻率，fs為採樣頻率。(4)所述動態特徵係數包括混頻幅度係數、各級濾波放大係數和AGC放大係數。本技術方案採用的探測方法是非相干檢測，不需要知道掃描帶寬內的每個頻點的具體情況，其途徑是通過感知用戶的局部觀測信號，檢測周圍的電磁環境情況。非相干探測方法主要是提取探測信號的動態特徵係數，並自動調節被探測信號的信道帶寬，根據實際情況調整解析度帶寬和探測信號的大小，實現短波寬帶信道質量的快速探測，為進一歩的信道探測提供強有力的支持。本發明技術方案設計複雜度低，技術成熟，易於實現；對信號沒有作任何假設，是ー種盲檢測算法，無需知道檢測信號的任何先驗知識；探測速度很快，有助於用戶體驗。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明的技術方案作進ー步詳細說明。圖I為本發明實施例中短波寬帶信道非相干探測系統結構圖；圖2為本發明實施例中多波段諧波濾波器和AGC的模塊集成晶片的原理圖；圖3為本發明實施例中下變頻模塊工作原理圖；圖4為本發明實施例中短波寬帶信道非相干探測方法流程圖。
具體實施例方式本發明技術方案總的思想是在短波信道頻段範圍內，通過對IM帶寬的信道探測，可對信道的佔用情況進行探測，並實現對短波信道的實時評估。對於所探測的短波信道帶寬，可根據實際探測情況來調整所探測的信道帶寬，進而改變探測的解析度帶寬，以及相應的信道能量大小檢測更加精確化，進而實現指定頻段內的信道探測。通過該技術，能夠提供信道的實時探測評估，為短波的快速建鏈提供有效的解決途徑。本發明實施例通過軟體無線電來實現數位訊號處理，採用Altera公司的EP3C40F484來實現，其主要完成的功能是下變頻、濾波、FFT頻譜檢測，及其動態特徵係數的提取，進而對IOOdB動態範圍內的信號實現短波寬帶頻率檢測和評估。採用新型的晶片ADRF6516，其將可編程濾波的功能和可調增益運放功能集成化，使短波的前端模擬裝置實現了小型化。ADRF6516的低通濾波截止頻率在O 31MHz範圍內是整數可調的，而該運放的可調範圍為_5dBm +45dBm。本實施例中模數轉換採用16bit的ADC AD9269，功耗為200mW，將模擬信號轉換為數位訊號，為硬體平臺的靈敏度提供了保障。短波寬帶信道非相干探測系統結構如圖I所示，包括前端模擬裝置、現場可編程門陣列FPGA能量監測裝置及外部頻率控制模塊。前端模擬裝置包括多波段諧波濾波器、AGC模塊和模數轉換模塊ADC，用於信號的濾波、放大處理；所述FPGA能量監測裝置對所述前端模擬裝置處理後的信號進行監測得到該信號頻率，包括非相干解調裝置、FFT頻譜檢測
模塊、信噪比指數設定模塊、動態特徵係數提取模塊和信道的頻率檢測與評估模塊；非相干解調裝置包括直接數字頻率合成模塊DDS、下變頻模塊I、下變頻模塊2、帶寬可調濾波器組I和帶寬可調濾波器組2。首先，RF射頻信號經AGC模塊處理，再進行ADC轉換後生成高速的數位訊號速率與DDS產生載波的正、餘弦信號分別混頻，混頻後進入下變頻模塊，下變頻模塊通過調節動態特徵係數對短波信道進行實時探測；其次，由帶寬可調濾波器組調節信道帶寬，並將調節結果送給FFT頻譜檢測模塊，FFT頻譜檢測模塊將檢測的結果與信噪比指數門限設定模塊設定門限值比較得到信道的頻率；再次，動態特徵係數提取模塊提取探測系統探測過程中得到的動態特徵係數，並通過調節動態特徵係數自動調節信道帶寬；最後，由信道的頻率檢測與評估模塊檢測到信道的頻率，並結合動態特徵係數分析評估該信道。本實施例中直接數字頻率合成模塊DDS，其頻率精度達O. 0168Hz，使短波的信號發生載波搬移。外部頻率控制模塊通過設置相應的頻率字來控制DDS部分產生相應頻率載波的正、餘弦信號，以便完成後續的混頻處理。與傳統的頻率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高解析度和快速轉換時間等優點。如圖2所示，多波段諧波濾波器和AGC的模塊集成晶片的原理圖。為避免諧波幹擾而影響到後面的頻譜檢測，需將天線接入的HF信號經過多波段濾波器處理；對於IOOdB動態範圍的短波信號，需經過AGC運算，即前端運放信號3dB/6dB，經可控濾波器、可控運放處理後，再經後端運放後，信號放大到6dB/12dB，最後將此放大信號輸出給ADC進行模數轉換。結合附圖3，為本發明實施例中下變頻模塊工作原理圖。RF射頻信號經ADC轉換後生成高速的數位訊號速率，與DDS產生的正、餘弦載波信號混頻後實現載波搬移。在下變頻的處理過程中，通過調節混頻幅度係數、下變頻中各級低通濾波器的係數以及調控AGC的放大係數來提高系統的探測靈敏度，通過採樣率抽取、帶寬可調數字濾波器組調節，信號最後進入後續的FFT頻譜檢測模塊。短波寬帶信道非相干探測方法，不需要藉助載波，直接對信號解調並探測，且自動調節信道帶寬，能夠實現信道快速探測。具體實現方法如圖4所示，本發明實施例中短波寬帶信道非相干探測方法流程，流程如下
S401 :短波信號進行多波段諧波濾波器和AGC模塊運放處理多波段諧波濾波器的截止頻率根據當前FFT頻譜檢測模塊所處的頻率段通過外部頻率控制模塊來設置相應的參數。S402 :對AGC運放處理後的信號進行模數轉換；S403 =DDS產生正、餘弦信號；外部頻率控制模塊通過設置相應的頻率字來控制DDS部分產生相應頻率載波的正、餘弦信號。S404 :將步驟S402和步驟S403得到的信號分別進行混頻處理；RF射頻信號經ADC轉換後生成高速的數位訊號速率，與DDS產生的正、餘弦載波信號分別混頻，實現載波搬移。S405 :下變頻處理；要提高系統檢測信號的靈敏度，使待檢測的信號在IOOdB的範圍內能夠平穩エ作，則需要AGC來控制實現。在下變頻的處理過程中，通過調節混頻幅度係數、下變頻中各級低通濾波器的係數以及調控AGC的放大係數來提高系統實時監測靈敏度。下變頻過程中，為信道探測評估可提取的動態特徵係數有混頻幅度係數、各級濾波放大係數和AGC放大係數。S406 由帶寬可調濾波器組調節；對於有限的短波信道帶寬，當存在大信號時，在檢測時會使小信號發生漏檢 』為了避免發生漏檢，將在IM帶寬信道內檢測到大於一定門限值的時候，將其視為需要帶寬更窄的信號檢測，如將信道帶寬變為500kHz，或更低，反覆進行探測，不斷自動調節信道帶寬，直到探測到信號。為實現該功能，可通過帶寬可調數字濾波器組來實現。有種極端的情況就是在IM信道帶寬內，各頻點的信號很多，並且相應信號還大，則就得轉換為窄帶信道探測。S407 :進行FFT頻譜檢測；本發明利用軟體無線電搭建硬體平臺，使用的探測方法是非相干檢測，不需要知道掃描帶寬內的每個頻點的具體情況，其途徑是通過感知用戶的局部觀測信號，檢測周圍的電磁環境情況。能量檢測時將時域信號經過FFT轉換得到頻域信號，然後對頻域信號求模平方和即可得到能量累計。S408 設定信噪比門限；頻譜檢測是在一定頻帶範圍內作能量積累，如果積累的能量高於一定的門限，則說明有信號存在，如果低於一定門限，則說明僅有噪聲。當待檢測信號的帶寬越大，檢測到大信號存在時，對於小信號的檢測，就得通過改變中心頻率及待檢測帶寬，實現更細微的信道探測。S409 :提取動態特徵係數；在此提取過程中，可得到混頻幅度係數、下變頻中各級低通濾波器的係數以及調控AGC的放大係數。S410 :信道分析及探測結果。設fs為FFT的採樣頻率，N為FFT的採樣點數，則FFT的頻率解析度為fs/N。FFT的頻率解析度與採樣頻率及採樣點數的大小息息相關，而此處採用的是過採樣頻率。在FPGA中，將FFT處理後生成的I、Q兩路信號平方求和處理後，生成能量積累。根據FFT的輸出溢出控制信號，同時設定不同的能量大小檢測門限值，與輸入的能量積累信號進行比較後得出頻率號fN，及該頻率對應的能量等級，進而實現對信號強度打分。設輸入RF信號的頻率為f，中心頻率為f；，FFT的採樣頻率為fs，則其對應的頻率號fN的計算公式為fN =(I f_f。I X 1024) /fs。對於信道的評估值，可根據各級下變頻的信號幅度係數來進行反推，進行查表對比，給出相應的估值。本發明技術方案設計複雜度低，技術成熟，易於實現；對信號沒有作任何假設，是ー種盲檢測算法，無需知道檢測信號的任何先驗知識；探測速度很快，有助於用戶體驗。本發明還有多 種實施方式，但凡在本發明的精神和實質範圍內，所作的任何改變、等同替換、改進，均在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.ー種短波寬帶信道非相干探測系統，包括前端模擬裝置和能量檢測裝置，所述前端模擬裝置用於信號的濾波、放大處理；所述能量檢測裝置對所述前端模擬裝置處理後的信號進行監測得到該信號頻率，其特徵在於，所述前端模擬裝置包括AGC模塊，用於控制信號的幅度變化範圍；所述能量檢測裝置包括非相干解調裝置、FFT頻譜檢測模塊、信噪比指數門限設定模塊、動態特徵係數提取模塊；所述非相干解調裝置包括下變頻模塊和帶寬可調濾波器組，所述下變頻模塊通過調節動態特徵係數對短波信道進行實時探測；所述帶寬可調濾波器組用於信號檢測時調節信道帶寬；所述FFT頻譜檢測模塊檢測的結果與所述信噪比指數門限設定模塊設定門限值比較得到信道的頻率；所述動態特徵係數提取模塊用於提取所述系統探測過程中得到的動態特徵係數，並通過調節動態特徵係數自動調節信道帶寬。
2.如權利要求I所述的短波寬帶信道非相干探測系統，其特徵在於，所述能量檢測裝置還包括信道的頻率檢測與評估模塊，所述信道的頻率檢測與評估模塊檢測到信道的頻率，並結合所述動態特徵係數分析評估該信道。
3.如權利要求I所述的短波寬帶信道非相干探測系統，其特徵在於，所述FFT頻譜檢測模塊將時域信號經過FFT轉換得到頻域信號，然後對頻域信號求模平方和得到累計能量。
4.如權利要求I所述的短波寬帶信道非相干探測系統，其特徵在於，所述非相干解調裝置還包括直接數字頻率合成模塊DDS，所述DDS用來產生載波的正、餘弦信號與所述AGC模塊處理後的信號分別混頻。
5.如權利要求I所述的短波寬帶信道非相干探測系統，其特徵在於，所述動態特徵係數包括混頻幅度係數、各級濾波放大係數和AGC放大係數。
6.ー種短波寬帶信道非相干探測方法，其特徵在於，短波信號經過濾波、放大處理後，進入非相干解調裝置解調後進行信號探測，當探測到有信號時，將信號累計能量與信噪比門限設定值進行比較，如果大於此門限值時，自動調節信道帶寬，進行細微探測；反覆上述探測方法，直到信號累計能量不大於信噪比門限設定值時，結束探測。
7.如權利要求6所述的短波寬帶信道非相干探測方法，其特徵在幹，所述自動調節信道帶寬是通過自動調節動態特徵係數來調節信道帶寬。
8.如權利要求6所述的短波寬帶信道非相干探測方法，其特徵在幹，對所述非相干解調裝置輸出結果進行FFT轉換後的信號模平方求和得到信號累計能量。
9.如權利要求6所述的短波寬帶信道非相干探測方法，其特徵在於，所述信號累計能量與信噪比門限設定值進行比較得到信道頻率號，所述信道頻率號的計算公式為fN =(4ィ。|父1024)/^，其中デ為1^信號，f。為中心頻率，^為採樣頻率。
10.如權利要求6所述的短波寬帶信道非相干探測方法，其特徵在於，所述動態特徵係數包括混頻幅度係數、各級濾波放大係數和AGC放大係數。
全文摘要
本發明涉及通信技術領域，公開了一種短波寬帶信道非相干探測系統及探測方法。該系統和方法中，短波信號經過濾波、放大處理後，進入非相干解調裝置解調後進行信號探測，當探測到有信號時，將信號累計能量與信噪比門限設定值進行比較，如果大於此門限值時，自動調節信道帶寬，進行細微探測；反覆上述探測方法，直到信號累計能量不大於信噪比門限設定值時，結束探測。本發明技術方案對信號沒有作任何假設，是一種盲檢測算法，無需知道檢測信號的任何先驗知識；且本技術方案複雜度低，技術成熟，易於實現；可調整解析度帶寬和探測信號的大小，最終實現短波寬帶信道質量的快速探測，滿足用戶體驗。
文檔編號H04B17/00GK102647241SQ20121009049
公開日2012年8月22日 申請日期2012年3月30日 優先權日2012年3月30日
發明者周勇敢, 龐紳宇, 李林峰, 李陽, 楊勇, 牛磊, 王軒 申請人:西安烽火電子科技有限責任公司