數(shù)字寬帶激勵(lì)源實(shí)現(xiàn)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種數(shù)字寬帶激勵(lì)源實(shí)現(xiàn)裝置及方法，該裝置包括依次串接的基帶成形單元、內(nèi)插濾波單元、寬帶跳頻單元和數(shù)模轉(zhuǎn)換單元；其中，所述基帶成形單元、所述內(nèi)插濾波單元和所述寬帶跳頻單元是全數(shù)字單元；所述基帶成形單元包括基帶內(nèi)插脈沖成形濾波器，所述內(nèi)插濾波單元包括串接的半帶濾波器和CIC濾波器，所述寬帶跳頻單元包括混頻器以及與所述混頻器輸入端耦接的跳頻載波發(fā)生器。本發(fā)明大大簡化了整個(gè)發(fā)射信道的設(shè)計(jì)架構(gòu)，降低了設(shè)計(jì)難度與設(shè)計(jì)成本，且增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性、靈活性與穩(wěn)定性。為工程實(shí)現(xiàn)提供了有力的技術(shù)支撐，同時(shí)為有此需求的設(shè)備和系統(tǒng)提供了更高效、更實(shí)用的設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)手段。
【專利說明】數(shù)字寬帶激勵(lì)源實(shí)現(xiàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種數(shù)字寬帶激勵(lì)源實(shí)現(xiàn)裝置及方法。【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展和通信系統(tǒng)的更新?lián)Q代，通信系統(tǒng)的容量越來越大，信息傳輸速率也越來越高，特別在復(fù)雜通信環(huán)境下，由于存在各種干擾，要求通信系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾、抗偵測、保密等功能。發(fā)射激勵(lì)源作為無線通信系統(tǒng)重要組成部分之一，在無線通信中起到了重要的作用，要增強(qiáng)通信系統(tǒng)應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境的能力，首先需要相應(yīng)增強(qiáng)發(fā)射激勵(lì)源的能力。
[0003]當(dāng)前發(fā)射激勵(lì)源設(shè)計(jì)架構(gòu)主要基于低中頻加跳頻源的方式，在射頻信道上完成信號調(diào)制和二次變頻，僅工作在某一個(gè)或者幾個(gè)頻點(diǎn)?，F(xiàn)有的這種設(shè)計(jì)方式使用的模擬器件較多，導(dǎo)致設(shè)計(jì)復(fù)雜度高、模塊間連接復(fù)雜、產(chǎn)品體積大、功耗高、可靠性低、靈活性差、工廠生產(chǎn)及調(diào)試周期長、不能適應(yīng)多種通信體制的需求等缺點(diǎn)，制約了發(fā)射激勵(lì)源在無線通信領(lǐng)域的使用以及無線通信技術(shù)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明所要解決以下技術(shù)問題:
[0005]1.發(fā)射激勵(lì)源信道架構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜和難度大；
[0006]2.信道頻譜利用率低、傳輸誤碼率高、碼間相互干擾；
[0007]3.基帶調(diào)制效率低、帶外頻譜抑制效果差、高速寬帶跳頻穩(wěn)定性差。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，一方面，本發(fā)明提供一種數(shù)字寬帶激勵(lì)源實(shí)現(xiàn)裝置及方法，該裝置包括依次串接的基帶成形單元、內(nèi)插濾波單元、寬帶跳頻單元和數(shù)模轉(zhuǎn)換單元；其中，所述基帶成形單元、所述內(nèi)插濾波單元和所述寬帶跳頻單元是全數(shù)字單元；所述基帶成形單元包括基帶內(nèi)插脈沖成形濾波器，所述內(nèi)插濾波單元包括串接的半帶濾波器和CIC濾波器，所述寬帶跳頻單元包括混頻器以及與所述混頻器輸入端耦接的跳頻載波發(fā)生器。
[0009]優(yōu)選地，所述基帶內(nèi)插脈沖成形濾波器為升余弦滾降濾波器。
[0010]優(yōu)選地，所述內(nèi)插濾波單元中采用多個(gè)半帶濾波器級聯(lián)實(shí)現(xiàn)高倍內(nèi)插。
[0011]優(yōu)選地，所述跳頻載波發(fā)生器包括偽隨機(jī)碼發(fā)生器和頻率合成器。
[0012]優(yōu)選地，所述內(nèi)插濾波單元中M個(gè)半帶濾波器級聯(lián)實(shí)現(xiàn)2"倍內(nèi)插。
[0013]優(yōu)選地，所述混頻器為乘法器，所述乘法器將所述CIC濾波器提供的基帶信號與所述跳頻載波發(fā)生器提供的載波信號進(jìn)行混頻調(diào)制。
[0014]另一方面，基于上述裝置，本發(fā)明還同時(shí)提供一種數(shù)字寬帶激勵(lì)源實(shí)現(xiàn)方法，所述方法包括步驟:
[0015]運(yùn)用基帶成形單元對待發(fā)射的基帶信號進(jìn)行整形處理；
[0016]在內(nèi)插濾波單元內(nèi)對整形后的基帶信號進(jìn)行插值、濾波處理，使基帶信號的采樣頻率提高到與載波信號采樣頻率一致；[0017]寬帶跳頻單元中利用載波信號和插值濾波處理后的基帶信號進(jìn)行數(shù)字混頻調(diào)制；
[0018]通過數(shù)模轉(zhuǎn)換單元將混頻后信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。
[0019]優(yōu)選地，所述方法還包括步驟:
[0020]由發(fā)送端將數(shù)模轉(zhuǎn)換后的模擬信號發(fā)射出。
[0021]優(yōu)選地,所述方法中,對于速率為5MHz的基帶信號:
[0022]以階數(shù)31階、降系數(shù)0.4生成平方根升余弦成形濾波器進(jìn)行所述整形處理；
[0023]以3個(gè)特性一樣的半帶濾波器級聯(lián)進(jìn)行所述插值處理；
[0024]以5級CIC濾波器進(jìn)行所述濾波處理。
[0025]優(yōu)選地，產(chǎn)生所述載波信號包括步驟:
[0026]由偽隨機(jī)碼發(fā)生器產(chǎn)生偽隨機(jī)序列；
[0027]根據(jù)偽隨機(jī)序列查表從跳頻頻率表中選取頻率控制碼；
[0028]由頻率控制碼控制頻率合成器在不同時(shí)隙產(chǎn)生不同頻率的載波信號。
[0029]本發(fā)明基于軟件無線電思想架構(gòu)，對發(fā)射信道在基帶處理與高中頻信道上采用全數(shù)字化、模塊化設(shè)計(jì)，使數(shù)字信號盡量靠近天線，本發(fā)明的技術(shù)方案相對于與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，大大簡化了整個(gè)發(fā)射信道的設(shè)計(jì)構(gòu)架，降低了設(shè)計(jì)難度與設(shè)計(jì)成本，且增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性、靈活性與穩(wěn)定性，為無線通信領(lǐng)域提供了有力的技術(shù)支撐，同時(shí)為由此需求的設(shè)備和系統(tǒng)提供了更高效、更實(shí)用的設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)手段。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明裝置優(yōu)選實(shí)施例發(fā)射激勵(lì)源原理圖；
[0031]圖2是本發(fā)明裝置優(yōu)選實(shí)施例升余弦頻率響應(yīng)特性圖；
[0032]圖3是本發(fā)明裝置優(yōu)選實(shí)施例升余弦時(shí)域響應(yīng)圖；
[0033]圖4是本發(fā)明裝置優(yōu)選實(shí)施例成形濾波器的頻譜特性圖；
[0034]圖5是本發(fā)明裝置優(yōu)選實(shí)施例半帶濾波器頻譜圖；
[0035]圖6是本發(fā)明裝置優(yōu)選實(shí)施例半帶濾波器參數(shù)設(shè)置圖；
[0036]圖7是本發(fā)明裝置優(yōu)選實(shí)施例CIC濾波器頻譜圖；
[0037]圖8是本發(fā)明裝置優(yōu)選實(shí)施例跳頻載波發(fā)生器組成框圖；
[0038]圖9是本發(fā)明裝置優(yōu)選實(shí)施例基帶成形波形圖；
[0039]圖10是本發(fā)明裝置優(yōu)選實(shí)施例未成形基帶信號頻譜圖；
[0040]圖11是本發(fā)明裝置優(yōu)選實(shí)施例成形基帶信號頻譜圖；
[0041]圖12是本發(fā)明裝置優(yōu)選實(shí)施例經(jīng)過半帶濾波基帶信號頻譜圖；
[0042]圖13是本發(fā)明裝置優(yōu)選實(shí)施例經(jīng)過內(nèi)插CIC基帶信號頻譜圖；
[0043]圖14是本發(fā)明裝置優(yōu)選實(shí)施例跳頻載波頻譜圖；
[0044]圖15是本發(fā)明裝置優(yōu)選實(shí)施例發(fā)射激勵(lì)源整體模型框圖；
[0045]圖16是本發(fā)明裝置優(yōu)選實(shí)施例頻率跳變的已調(diào)信號頻譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0047]隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展和通信系統(tǒng)的換代更新，通信系統(tǒng)的容量越來越大，信息傳輸速率也越來越高，特別在復(fù)雜通信環(huán)境下，由于存在各種干擾，要求通信系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾、抗偵測、保密等功能。而發(fā)射激勵(lì)源是無線通信系統(tǒng)重要組成部分之一，為了提高系統(tǒng)信道的利用效率和抗干擾能力，本發(fā)明基于軟件無線電思想架構(gòu)，對發(fā)射信道在基帶處理與高中頻信道上采用全數(shù)字化、模塊化設(shè)計(jì)，使數(shù)字信號盡量靠近天線。其中基帶成形技術(shù)、高效數(shù)字內(nèi)插濾波技術(shù)和數(shù)字高速寬帶跳頻技術(shù)是本設(shè)計(jì)方案的關(guān)鍵技術(shù)。
[0048]本發(fā)明公開了一種數(shù)字寬帶激勵(lì)源實(shí)現(xiàn)裝置及方法，如圖1所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該裝置包括依次串接的基帶成形單元、內(nèi)插濾波單元、寬帶跳頻單元和數(shù)模轉(zhuǎn)換單元；其中，基帶成形單元、內(nèi)插濾波單元和寬帶跳頻單元是全數(shù)字單元，基帶成形單元包括基帶內(nèi)插脈沖成形濾波器，內(nèi)插濾波單元包括串接的半帶濾波器和CIC (cascadeintegrator comb,積分梳狀)濾波器，寬帶跳頻單元包括混頻器以及與混頻器輸入端耦接的跳頻載波發(fā)生器。
[0049]采用上述方式，在本發(fā)明的實(shí)施例中，為了提高頻譜的利用率、降低傳輸誤碼率和最大限度地減少碼間串?dāng)_，運(yùn)用基帶成形單元用于對發(fā)射的基帶信號進(jìn)行整形處理；高效數(shù)字內(nèi)插濾波單元通過插值、濾波處理，使基帶信號的采樣頻率提高到與載波信號采樣頻率一致；數(shù)字高速寬帶跳頻單元用基帶信號和跳頻載波進(jìn)行數(shù)字調(diào)制混頻；數(shù)模轉(zhuǎn)換單元將混頻后信號經(jīng)過D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換，隨后由發(fā)送端將信號發(fā)射出。
[0050]在更優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明中處理的基帶信號的速率為5M，半帶濾波器完成3個(gè)2倍內(nèi)插和濾波，CIC濾波器完成5倍內(nèi)插濾波，跳頻載波發(fā)生器產(chǎn)生頻率跳變的載波，混頻器為乘法器完成插值濾波后的高速基帶信號與跳頻載波的混頻調(diào)制，D/A的作用是把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。
[0051]其中基帶成形單元采用脈沖成形技術(shù)和平方根升余弦滾降脈沖成形濾波技術(shù)，在發(fā)送端和接收端都使用同樣具有平方根升余弦滾降特性的濾波器(優(yōu)選為數(shù)字的升余弦滾降濾波器)，可以起到匹配作用，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)ISI傳輸時(shí)刻降低對采樣時(shí)鐘精度的要求。升余弦滾降濾波器的頻率響應(yīng)和沖激響應(yīng)如附圖2、附圖3所示，然后運(yùn)用FDAT00L工具設(shè)置成形濾波器的參數(shù)，一般數(shù)據(jù)在進(jìn)入成形濾波前要經(jīng)過L倍插值，插值倍數(shù)過高會(huì)加大后級FIR濾波器實(shí)現(xiàn)的階數(shù)，因此一般選擇在4-6倍插值。本方案優(yōu)選5倍插值，濾波器階數(shù)N=31階，滾降系數(shù)α =0.4，生成平方根升余弦成形濾波器，其頻譜幅度特性如附圖4所
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[0052]其中高效數(shù)字內(nèi)插濾波單元特別適合于實(shí)現(xiàn)0=2"倍(即2的M冪次方倍)的抽取或內(nèi)插，而且計(jì)算效率高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。在高倍內(nèi)插的時(shí)候，大都采用多個(gè)半帶濾波器級聯(lián)的方式。半帶濾波器頻譜特性如附圖5所示。本實(shí)施例選用三個(gè)特性一樣(只是采樣頻率不同)的內(nèi)插半帶濾波器進(jìn)行級聯(lián)。首先，根據(jù)濾波器所要達(dá)到的性能指標(biāo)來設(shè)計(jì)其階數(shù)，然后使用FDAT00L來設(shè)計(jì)半帶濾波器的系數(shù)，半帶濾波器參數(shù)設(shè)置及半帶濾波器頻譜特性如附圖6所示。
[0053]其中CIC插值濾波器具有結(jié)構(gòu)簡單、規(guī)整、需要存儲(chǔ)點(diǎn)小的特點(diǎn)，且實(shí)現(xiàn)中只有加法，沒有乘法的特性，加之濾波器的所有系數(shù)都是1，因此特別適合高速、高倍數(shù)的插值。CIC一般由Integrator和comb兩個(gè)基本模塊組成。CIC本質(zhì)上等同于N個(gè)具有矩形沖擊響應(yīng)的濾波器的級聯(lián)，減小了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度和資源消耗。由于前面幾級濾波器已經(jīng)將帶寬限制在5MHz范圍內(nèi)，所以在這級采用了 5倍內(nèi)插,CIC級數(shù)選擇5級,第一旁瓣衰減達(dá)到了 60dB以上。CIC濾波器頻譜特性如附圖7所示。
[0054]其中數(shù)字高速寬帶跳頻單元由跳頻載波發(fā)生器向混頻器提供跳頻載波輸入，所述跳頻載波發(fā)生器包括偽隨機(jī)碼發(fā)生器和頻率合成器，附圖8為其組成框圖，偽隨機(jī)碼發(fā)生器產(chǎn)生偽隨機(jī)序列，根據(jù)偽隨機(jī)序列查表從跳頻頻率表中選取頻率控制碼，由頻率控制碼來控制頻率合成器在不同時(shí)隙產(chǎn)生不同頻率的載波。跳頻系統(tǒng)通過偽隨機(jī)改變發(fā)送載波頻率，用跳變的頻率來調(diào)制基帶信號，得到載波頻率不斷變化的射頻信號，然后發(fā)送到信道中。
[0055]更進(jìn)一步地，本發(fā)明還以Simulink仿真軟件為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了上述數(shù)字寬帶激勵(lì)源的設(shè)計(jì)，并得到了仿真結(jié)果來驗(yàn)證上述設(shè)計(jì)的性能和效果。通過Simulink建立基帶成形模型仿真，得出了基帶成形的波形如附圖9所示，其中I通道顯示為原始碼；2通道顯示為經(jīng)過內(nèi)插后的基帶碼；3通道顯示為經(jīng)過成形濾波后的基帶信號。
[0056]附圖10為經(jīng)過內(nèi)插后未成形的基帶信號的頻譜圖。
[0057]附圖11為經(jīng)過內(nèi)插后基帶信號成形后的頻譜，從本圖中可以看到原來的基帶頻譜占用頻帶比較寬，經(jīng)過成形濾波后，有效壓縮了基帶頻譜。
[0058]基帶成形后，為了提升基帶的數(shù)據(jù)采樣率，需要經(jīng)過內(nèi)插半帶濾波器對其處理。
[0059]其中附圖12為經(jīng)過3次內(nèi)插半帶濾波后的基帶信號頻譜，從本圖中可以看出，鏡像頻譜被有效地抑制了。
[0060]附圖13為經(jīng)過CIC最終完成內(nèi)插采樣的數(shù)據(jù)。
[0061]附圖14跳頻載波發(fā)生器所產(chǎn)生跳頻載波的頻譜，其中跳頻頻寬為120M。
[0062]數(shù)字寬帶激勵(lì)源的仿真模型如附圖15所示。
[0063]基帶信號與跳頻載波調(diào)制后的調(diào)制信號頻譜特性如附圖16所示。
[0064]基于上述裝置，本發(fā)明還公開了一種數(shù)字寬帶激勵(lì)源實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟:
[0065]運(yùn)用基帶成形單元對待發(fā)射的基帶信號進(jìn)行整形處理；
[0066]在內(nèi)插濾波單元內(nèi)對整形后的基帶信號進(jìn)行插值、濾波處理，使基帶信號的采樣頻率提高到與載波信號采樣頻率一致；
[0067]寬帶跳頻單元中利用載波信號和插值濾波處理后的基帶信號進(jìn)行數(shù)字混頻調(diào)制；
[0068]通過數(shù)模轉(zhuǎn)換單元將混頻后信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。
[0069]本發(fā)明大大簡化了整個(gè)發(fā)射信道的設(shè)計(jì)架構(gòu)，降低了設(shè)計(jì)難度與設(shè)計(jì)成本，且增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性、靈活性與穩(wěn)定性。為工程實(shí)現(xiàn)提供了有力的技術(shù)支撐，同時(shí)為有此需求的設(shè)備和系統(tǒng)提供了更高效、更實(shí)用的設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)手段。
[0070]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明的適合于數(shù)字寬帶激勵(lì)源的設(shè)計(jì)仿真實(shí)現(xiàn)裝置及方法進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的思想和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字寬帶激勵(lì)源實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述裝置包括依次串接的基帶成形單元、內(nèi)插濾波單元、寬帶跳頻單元和數(shù)模轉(zhuǎn)換單元；其中， 所述基帶成形單元、所述內(nèi)插濾波單元和所述寬帶跳頻單元是全數(shù)字單元； 所述基帶成形單元包括基帶內(nèi)插脈沖成形濾波器，所述內(nèi)插濾波單元包括串接的半帶濾波器和Cic濾波器，所述寬帶跳頻單元包括混頻器以及與所述混頻器輸入端耦接的跳頻載波發(fā)生器。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述基帶內(nèi)插脈沖成形濾波器為升余弦滾降濾波器。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述內(nèi)插濾波單元中采用多個(gè)半帶濾波器級聯(lián)實(shí)現(xiàn)高倍內(nèi)插。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述跳頻載波發(fā)生器包括偽隨機(jī)碼發(fā)生器和頻率合成器。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述內(nèi)插濾波單元中M個(gè)半帶濾波器級聯(lián)實(shí)現(xiàn)2*^倍內(nèi)插。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述混頻器為乘法器，所述乘法器將所述CIC濾波器提供的基帶信號與所述跳頻載波發(fā)生器提供的載波信號進(jìn)行混頻調(diào)制。
7.一種數(shù)字寬帶激勵(lì)源實(shí)現(xiàn)方法，基于如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述方法包括步驟: 運(yùn)用基帶成形單元對待發(fā)射的基帶信號進(jìn)行整形處理； 在內(nèi)插濾波單元內(nèi)對整形后的基帶信號進(jìn)行插值、濾波處理，使基帶信號的采樣頻率提高到與載波信號采樣頻率一致；` 寬帶跳頻單元中利用載波信號和插值濾波處理后的基帶信號進(jìn)行數(shù)字混頻調(diào)制； 通過數(shù)模轉(zhuǎn)換單元將混頻后信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟: 由發(fā)送端將數(shù)模轉(zhuǎn)換后的模擬信號發(fā)射出。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法中，對于速率為5MHz的基帶信號: 以階數(shù)31階、降系數(shù)0.4生成平方根升余弦成形濾波器進(jìn)行所述整形處理； 以3個(gè)特性一樣的半帶濾波器級聯(lián)進(jìn)行所述插值處理； 以5級CIC濾波器進(jìn)行所述濾波處理。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生所述載波信號包括步驟: 由偽隨機(jī)碼發(fā)生器產(chǎn)生偽隨機(jī)序列； 根據(jù)偽隨機(jī)序列查表從跳頻頻率表中選取頻率控制碼； 由頻率控制碼控制頻率合成器在不同時(shí)隙產(chǎn)生不同頻率的載波信號。
【文檔編號】H03K3/78GK103716018SQ201410024028
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】馮碩, 昌暢, 張洪波 申請人:四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司