專利名稱：基于有源頻譜壓縮的碼域參考Chirp超寬帶系統(tǒng)群解調設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及通信設備，特別是一種基于有源頻譜壓縮的碼域參考Chirp超寬 帶系統(tǒng)群解調設備。
二背景技術：
超寬帶(UWB，Ultra Wide Band)技術作為一種非傳統(tǒng)的、新穎的無線傳輸技術，通 常采用極窄脈沖(脈寬在納秒至數百皮秒量級)或極寬的頻譜(相對帶寬大于20%或絕對 帶寬大于500MHz)來傳送信息。 現有超寬帶技術體制從信號調制的角度可以劃分為脈沖調制和載波調制兩大類， 其中脈沖調制方式被稱為IR-UWB，載波調制方式則包括MB-OFDM、 DS-CDMA、 Chirp-UWB等； 從信號檢測的角度可以劃分為發(fā)送參考方式和非發(fā)送參考方式兩大類，其中發(fā)送參考方式 的本質是自相干檢測，非發(fā)送參考方式則包括相干和非相干檢測。 現有的超寬帶無線傳輸技術主要面向近距離、高速率的應用領域，但在諸多應用 領域，需要進一步提高超寬帶無線傳輸的距離。而現有超寬帶技術體制主要針對近距離應 用提出的，因此直接應用于中遠距離無線傳輸領域將面臨著著諸多困難。具體地講，隨著通 信距離的拓展，超寬帶無線傳輸將主要面臨以下突出困難多徑干擾更加嚴重；系統(tǒng)的性 能指標要求與低功耗、小型化設計之間更加突出；與其它系統(tǒng)的共存性問題將會更加突出； 帶內其它信號的干擾將更加嚴重；現有超寬帶系統(tǒng)發(fā)射效率低的問題更加突出；現有器件 水平成為制約超寬帶技術實用化水平的主要瓶頸，隨著通信距離的進一步提高，這一問題 將更加突出。
三
實用新型內容針對上述情況，為克服現有技術缺陷，本實用新型之目的就是提供一種基于有源 頻譜壓縮的碼域參考Chirp超寬帶系統(tǒng)群解調設備，可有效解決中遠距離超寬帶系統(tǒng)的有 效通信問題，其解決的技術方案是，包括有殼體和殼體內的發(fā)射與接收裝置，所說的發(fā)射與 接收裝置是邏輯單元集成電路輸出端接雙路數模轉換器輸入端，雙路數模轉換器上分別接 有第一低通濾波器、第二低通濾波器，并經串聯的正交上變頻器、倍頻器、帶通濾波器同功 率分配器相連，功率分配器分別同超寬帶功率放大器、正交下變頻器相連，邏輯單元集成電 路輸入端上接有雙路模數轉換器，雙路模數轉換器經第三低通濾器、第四低通濾波器同正 交下變頻器相連，正交下變頻器經串聯的帶通濾波器、超寬帶低噪聲放大器和收發(fā)切換器 相連，收發(fā)切換器上裝有超寬帶天線，收發(fā)切換器并同超寬帶功率放大器相連，本實用新型 結構新穎獨特，在保持發(fā)送參考脈沖超寬帶固有的優(yōu)點基礎上，在接收端實現對信號能量 的聚集，有效解決中遠距離超寬帶通信過程的嚴重多徑干擾問題，進而提高了設備的性能， 隱蔽性強，精度高，是通信設備上的創(chuàng)新。四
附圖為本實用新型的發(fā)射與接收結構圖。
五具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作詳細說明。 由附圖所示，本實用新型包括有殼體和殼體內的發(fā)射與接收裝置，所說的發(fā)射與 接收裝置是邏輯單元集成電路1輸出端接雙路數模轉換器8輸入端，雙路數模轉換器8上 分別接有第一低通濾波器9、第二低通濾波器10，并經串聯的正交上變頻器11、倍頻器12、 帶通濾波器13同功率分配器14相連，功率分配器14分別同超寬帶功率放大器15、正交下 變頻器20相連，邏輯單元集成電路1輸入端上接有雙路模數轉換器23，雙路模數轉換器23 經第三低通濾器21、第四低通濾波器22同正交下變頻器20相連，正交下變頻器20經串聯 的帶通濾波器19、超寬帶低噪聲放大器18和收發(fā)切換器16相連，收發(fā)切換器16上裝有超 寬帶天線17，收發(fā)切換器16并同超寬帶功率放大器15相連。 為了保證使用效果，所說的邏輯單元集成電路1是數據控制與接收模塊2兩輸出 端上分別接有兩個乘法器模塊3、5，兩乘法器模塊3、5間裝有正交碼產生器模塊4，兩乘法 器模塊同加法器模塊6輸入端相連，加法器模塊6輸出端同Chirp信號產生器7輸入端相 連，Chirp信號產生器7輸出端同雙路數模轉換器8相連，數據控制與接收模塊2的輸入端 接多徑合并模塊32，多徑合并模塊32輸入端分別同群同步捕獲與跟蹤模塊25、符號累加器 組模塊31相連，群同步捕獲與跟蹤模塊25輸出端分別同延時線組模塊30、正交碼發(fā)生器 組模塊29、多徑選擇模塊26相連，多相濾波模塊24輸出端同群同步捕獲與跟蹤模塊25相 連，多相濾波模塊24經串聯的多徑選擇模塊26、平方器組模塊27、乘法器模塊28與延時線 組模塊30的輸入端相連，正交碼發(fā)生器組模塊29輸出端同乘法器組模塊28相連，多相濾 波模塊24同雙路模數轉換器23的輸出端相連。 本實用新型的工作情況是，當系統(tǒng)設備處在發(fā)射狀態(tài)時，邏輯單元集成電路l通 過數據輸入輸出管腳接收外部輸入的待調數據信號，在數據控制與接口模塊2的控制下， 待調數據送到乘法器模塊3，與正交碼產生器模塊4中產生的正交碼字(如WALSH碼)完 成待調數據的正交碼擴頻，送入加法器模塊6，同時，數據控制與接口模塊2根據傳輸速率 形成導頻數據，并與正交碼產生器模塊4中產生不同的正交碼字完成待調數據的正交碼擴 頻，送入加法器模塊6; 乘法器模塊3和乘法器模塊5的輸出數據同時送入加法器模塊6，加法器模塊6完 成對輸入的兩路數據的相加功能，并將相加后形成的COTR調制數據送入Chirp信號產生器 模塊7 ; Chirp信號產生器模塊7根據加法器模塊6送來的COTR調制數據，產生與符號速 率相適應的相互正交的1、Q兩路Chirp-C0TR調制數據，Chirp信號產生器模塊7產生的I、 Q兩路Chirp-COTR調制數據經過FPGA芯片1的輸出管腳送入雙路數模轉換器(ADC)8 ; 雙路數模轉換器8實現將Chirp信號產生器模塊7送入的I、Q兩路數字調制信號 轉換為1、Q兩路模擬調制信號，并分別送入低通濾波器(LPF)9、10 ; 低通濾波器9、10實現將雙路數模轉換器8送入的I、 Q兩路模擬調制信號的模擬 低通濾波功能，并將低通濾波后的1、Q兩路模擬調制信號送入正交上變頻器(QUC)ll ;[0015] 正交上變頻器11實現將低通濾波器9、10送入的1、Q兩路模擬調制信號的正交上 變頻功能，并將正交上變頻后形成的中頻調制信號送入倍頻器12 ; 倍頻器12實現將正交上變頻器11送入的中頻調制信號的倍頻功能，倍頻數由中 頻模擬調制信號的帶寬和需要產生的超寬帶Chirp信號的帶寬決定(如3倍頻)，倍頻后的 一路射頻Chirp-COTR-UWB信號送入帶通濾波器(BPF) 13 ; 帶通濾波器13實現將倍頻器12送入的射頻Chirp-COTR-UWB信號的模擬帶通濾 波功能，從而濾除倍頻形成的諧波分量，帶通濾波后的射頻Chirp-COTR-UWB信號送入功率 分配器14 ; 功率分配器14實現將帶通濾波器13送入的射頻Chirp-COTR-UWB信號的功率分 配功能，從而將射頻Chirp-COTR-UWB信號分為兩路射頻信號，其中一路射頻信號送入接收 端的正交下變頻器(QDC) 20，當系統(tǒng)處在接收狀態(tài)時作為本地Chirp模板信號；另一路射頻 信號送入超寬帶功率放大器(PA) 15 ;超寬帶功率放大器15實現將功率分配器14送入的射頻Chirp-COTR-UWB信號的
功率放大功能，并將功率放大后的射頻Chirp-COTR-UWB信號送入收發(fā)切換器16 ; 收發(fā)切換器16實現系統(tǒng)收發(fā)狀態(tài)切換功能，當系統(tǒng)處在發(fā)射狀態(tài)時，收發(fā)切換器
16將超寬帶功率放大器15送入的射頻Chirp-COTR-UWB信號送入超寬帶天線17 ;超寬帶天線17接收收發(fā)切換器16饋入的射頻Chirp-COTR-UWB信號，并將其發(fā)射
出去，從而完成整個系統(tǒng)發(fā)射過程； 當系統(tǒng)處在接收狀態(tài)時，超寬帶天線17接收Chirp-COTR-UWB信號，并送入收發(fā)切 換器16 ; 收發(fā)切換器16在接收狀態(tài)時，將超寬帶天線17送入的射頻Chirp-COTR-UWB信號 送入超寬帶低噪聲放大器(LNA) 18 ; 超寬帶低噪聲放大器18實現將收發(fā)切換器16送入的射頻Chirp-COTR-UWB信號 的低噪聲信號放大功能，并將低噪聲放大后的射頻Chirp-COTR-UWB信號送入帶通濾波器 (BPF)19 ; 帶通濾波器19實現將超寬帶低噪聲放大器18送入的射頻Chirp-COTR-UWB信號 的帶外噪聲抑制功能，經過帶通濾波器19的帶通濾波后的射頻Chirp-COTR-UWB信號送入 正交下變頻器(QDC) 20 ; 正交下變頻器20接收來自帶通濾波器19的射頻Chirp-COTR-UWB信號以及來自 系統(tǒng)發(fā)射端功率分配器14的本地Chirp模板信號，實現將接收到射頻Chirp-COTR-UWB信 號的正交下變頻功能，結合Chirp信號的時頻域分布特點，整個正交下變頻過程實際上實 現了對接收信號的有源頻譜壓縮(ASC)過程，經過有源頻譜壓縮后的超寬帶信號變換為相 互正交的I、Q兩路窄帶信號，正交下變頻器20輸出的I、Q兩路窄帶信號分別送入低通濾波 器(LPF)21、22 ; 低通濾波器21、22接收來自正交下變頻器20送入的I、Q兩路窄帶信號，實現對有 源頻譜壓縮后信號的帶外諧波抑制功能，低通濾波器21、22輸出的I、 Q兩路窄帶信號送入 雙路模數轉換器(DAC)23 ; 雙路模數轉換器23實現將低通濾波器21、22送入的I、 Q兩路窄帶模擬信號轉換 為I、 Q兩路數字信號，并通過FPGA芯片1的輸入管腳送入FPGA1中的多相濾波模塊24 ;[0029] 多相濾波模塊24接收雙路模數轉換器23送入的I、 Q兩路數字信號，實現對系統(tǒng) 處理帶寬內信號的頻域分析和信道化接收功能，多項濾波模塊24將系統(tǒng)處理帶寬劃分為M 路子信道，多相濾波輸出的M路子帶數據送入群同步捕獲與跟蹤模塊25和多徑選擇模塊 26，根據多相濾波的原理，此M路子帶數據既可以看作是針對系統(tǒng)處理帶寬內的頻域分析 結果，也可以看作是系統(tǒng)處理帶寬內各子帶信號經過數字正交下變頻和數字低通濾波后的 輸出結果； 群同步捕獲與跟蹤模塊25接收多相濾波模塊24送入的M路子帶數據，當系統(tǒng)處 于同步捕獲狀態(tài)時，群同步捕獲與跟蹤模塊25根據M路子帶數據以及調整發(fā)射端Chirp信 號產生模塊7的時序，可以實現對接收信號的群同步捕獲功能；當系統(tǒng)處于同步跟蹤狀態(tài) 時，群同步捕獲與跟蹤模塊25根據M路子帶數據，可以實現對接收信號的群同步跟蹤功能， 群同步捕獲與跟蹤模塊25分別向多徑選擇模塊26提供N路多徑權值，向正交碼發(fā)生器組 模塊29提供N路多徑時延值，向延時線組模塊30提供N路多徑時延值，向多徑合并模塊32 提供N路多徑權值，從而為Chirp-COTR-UWB信號的群解調提供必要的同步信息，其中M是 系統(tǒng)信道化數，典型的數值是2048 ;N是系統(tǒng)可以處理的多徑數，典型的數值是12 ;M、 N的 數值根據FPGA1的資源和系統(tǒng)指標要求加以確定，存在M > N ; 多徑選擇模塊26接收來自多相濾波模塊24的M路子帶數據和來自群同步捕獲與 跟蹤模塊25的N路多徑權值，根據N路多徑權值從M路子帶數據中實時選擇N路子帶數據， 并送入平方器組模塊27 ; 平方器組模塊27接收來自多徑選擇模塊26的N路子帶數據，根據COTR-UWB的解
調原理，實現對N路子帶數據的自相干功能，平方器組模塊27輸出的N路子帶數據送入乘
法器組模塊28，同時，正交碼發(fā)生器組模塊29接收來自群同步捕獲與跟蹤模塊25的N路多
徑時延值，產生對應N路子信道的正交碼組，并送入乘法器組模塊28 ; 乘法器組模塊28接收來自平方器組模塊27的N路子帶數據和來自正交碼發(fā)生器
組模塊29的N路子信道的正交碼組，根據COTR-UWB的解調原理，實現對N路子帶數據的解
正交功能，乘法器組模塊28輸出的N路子帶數據送入延時線組模塊30 ; 延時線組模塊30接收來自乘法器組模塊28的N路子帶數據和來自群同步捕獲與
跟蹤模塊25的N路多徑時延值，在N路多徑時延值的控制下，實現對N路子帶數據的時延
對齊功能，延時線組模塊30輸出的N路子帶數據送入符號累加器組模塊31 ; 符號累加器組模塊31接收來自延時線組模塊30的N路子帶數據，根據COTR-UWB
的解調原理，實現對N路子帶數據的符號周期內數據累加功能，符號累加器組模塊31輸出
N路子帶數據送入多徑合并模塊32 ; 多徑合并模塊32接收來自符號累加器組模塊31的N路子帶數據和來自群同步捕 獲與跟蹤模塊25的N路多徑權值，在N路多徑權值的控制下，實現對N路子帶數據的最大 比合并功能，從而完成整個Chirp-COTR-UWB信號的群解調過程，多徑合并模塊32輸出一路 解調數據送入數據控制與接口模塊2 ; 數據控制與接口模塊2接收來自多徑合并模塊32的一路解調數據，通過FPGA芯 片1的數據輸入輸出管腳輸出系統(tǒng)接收的數據信息，從而完成整個系統(tǒng)接收過程。 本實用新型所用的各組件均是公知的現有技術，本實用新型的創(chuàng)造性貢獻在于將 這些現有技術科學、合理的組合在一起，構成一種適用于基于有源頻譜壓縮參考Chirp超寬帶系統(tǒng)群解調方法的設備，有效解決了中遠距離超寬帶系統(tǒng)的有效通信問題，并具有以 下突出的優(yōu)點 (1)保持了發(fā)送參考脈沖超寬帶固有的技術優(yōu)勢； (2)根據傳輸距離來設計線性掃頻的周期和帶寬，在接收端實現對信號能量的聚 集，可以較好地解決中遠距離超寬帶通信過程的嚴重多徑干擾問題，進而提高了系統(tǒng)的性 能； (3)在系統(tǒng)設計時，可以根據實際應用環(huán)境靈活選擇工作頻段和工作帶寬，從而避 開主要的干擾源，同時避免對其它通信系統(tǒng)的干擾，此外，接收機對各類外部干擾信號具有 較強的抑制作用； (4)信號在頻域和時域上均具有良好的隱蔽性； (5)接收端可以利用線性調頻帶來的增益，從而有效地提高了系統(tǒng)性能； (6)由于采用恒包絡信號結構，從而有效提高了信號發(fā)射效率； (7)保持了脈沖的高時間分辨率特性，具備了高精度測距的能力。
權利要求一種基于有源頻譜壓縮的碼域參考Chirp超寬帶系統(tǒng)群解調設備，包括有殼體和殼體內的發(fā)射與接收裝置，其特征在于，所說的發(fā)射與接收裝置是邏輯單元集成電路(1)輸出端接雙路數模轉換器(8)輸入端，雙路數模轉換器(8)上分別接有第一低通濾波器(9)、第二低通濾波器(10)，并經串聯的正交上變頻器(11)、倍頻器(12)、帶通濾波器(13)同功率分配器(14)相連，功率分配器(14)分別同超寬帶功率放大器(15)、正交下變頻器(20)相連，邏輯單元集成電路(1)輸入端上接有雙路模數轉換器(23)，雙路模數轉換器(23)經第三低通濾器(21)、第四低通濾波器(22)同正交下變頻器(20)相連，正交下變頻器(20)經串聯的帶通濾波器(19)、超寬帶低噪聲放大器(18)和收發(fā)切換器(16)相連，收發(fā)切換器(16)上裝有超寬帶天線(17)，收發(fā)切換器(16)并同超寬帶功率放大器(15)相連。
2. 根據權利要求1所述的一種基于有源頻譜壓縮的碼域參考Chirp超寬帶系統(tǒng)群解調 設備，其特征在于，所說的邏輯單元集成電路(1)是數據控制與接收模塊(2)兩輸出端上分 別接有兩個乘法器模塊(3、5)，兩乘法器模塊(3、5)間裝有正交碼產生器模塊(4)，兩乘法 器模塊同加法器模塊(6)輸入端相連，加法器模塊(6)輸出端同Chirp信號產生器(7)輸 入端相連，Chirp信號產生器(7)輸出端同雙路數模轉換器(8)相連，數據控制與接收模塊 (2)的輸入端接多徑合并模塊(32)，多徑合并模塊(32)輸入端分別同群同步捕獲與跟蹤模 塊(25)、符號累加器組模塊(31)相連，群同步捕獲與跟蹤模塊(25)輸出端分別同延時線組 模塊(30)、正交碼發(fā)生器組模塊(29)、多徑選擇模塊(26)相連，多相濾波模塊(24)輸出端 同群同步捕獲與跟蹤模塊(25)相連，多相濾波模塊(24)經串聯的多徑選擇模塊(26)、平方 器組模塊(27)、乘法器組模塊(28)與延時線組模塊(30)的輸入端相連，正交碼發(fā)生器組模 塊(29)輸出端同乘法器組模塊(28)相連，多相濾波模塊(24)同雙路模數轉換器(23)的 輸出端相連。
專利摘要本實用新型涉及基于有源頻譜壓縮的碼域參考Chi rp超寬帶系統(tǒng)群解調設備，有效解決中遠距離超寬帶系統(tǒng)的有效通信問題，結構是，邏輯單元集成電路輸出端接雙路數模轉換器輸入端，雙路數模轉換器上接第一低通濾波器、第二低通濾波器，并經串聯的正交上變頻器、倍頻器、帶通濾波器同功率分配器相連，功率分配器同超寬帶功率放大器、正交下變頻器相連，邏輯單元集成電路接雙路模數轉換器，雙路模數轉換器經第三低通濾器、第四低通濾波器同正交下變頻器相連，正交下變頻器經帶通濾波器、超寬帶低噪聲放大器和收發(fā)切換器相連，收發(fā)切換器上有超寬帶天線，并同超寬帶功率放大器相連，其結構新穎獨特，有效解決中遠距離超寬帶通信過程的嚴重多徑干擾問題，是通信設備上的創(chuàng)新。
文檔編號H04L27/26GK201467162SQ20092009045
公開日2010年5月12日 申請日期2009年5月25日 優(yōu)先權日2009年5月25日
發(fā)明者萬磊, 劉仕剛, 劉洛琨, 孔澤華, 常力, 康榮宗, 張劍, 張志遠, 李霞, 汪濤, 郭虹, 高沈 申請人:劉洛琨