CN114826301B - 大动态范围的宽带接收设备及接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大动态范围的宽带接收设备及接收方法，该设备包括依次连接的滤波器、动态压缩电路、模数转换器、动态恢复运算模块、FFT模块、频域限幅器和IFFT模块；通过对接收到的宽带信号的模拟信号进行滤波后；再进行压缩处理；将压缩后的信号进行模数转换；将数字信号进行反压缩，转换到频域；根据频域信号幅度对干扰信号限幅。将限幅后的频域信号进行IFFT变换，恢复为时域信号。不需要对原系统做较大的修改，具有动态范围大，抗干扰能力强，对各种宽带通讯协议兼容性好的优点。

Description

大动态范围的宽带接收设备及接收方法

技术领域

本发明涉及通信设备技术领域，尤其涉及一种大动态范围的宽带接收设备及接收方法。

背景技术

当强干扰信号与有用信号同时加入接收机时，强干扰会使接收机链路上的器件饱和，产生非线性失真。对于目前的宽带通讯系统，比如直接扩频通讯DS、正交频分复用OFDM、码分多址CDMA，当带内干扰信号较小时可以通过相关接收或者前向纠错编码等消除干扰，使有用信号得以传输。但是如果带内干扰信号的幅度很大，数模转换器ADC溢出严重，此时即使存在足够的有用信号，系统也无法将其解调。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种大动态范围的宽带接收设备及接收方法，不需要对原系统做较大的修改，具有动态范围大，抗干扰能力强，对各种宽带通讯协议兼容性好的优点。

为了实现上述目的，本发明的一种大动态范围的宽带接收设备，包括依次连接的滤波器、动态压缩电路、模数转换器、动态恢复运算模块、FFT模块、频域限幅器和IFFT模块；

所述滤波器用于对接收到的宽带信号的模拟信号进行滤波；

所述动态压缩电路用于对接收到的宽带信号的模拟信号进行压缩处理，减弱强干扰信号幅度，避免模数转换器饱和；

所述模数转换器用于将压缩后的宽带信号的模拟信号转换为数字信号；

所述动态恢复运算模块用于将数字信号进行反压缩；

所述FFT模块用于将反压缩后的信号转换到频域；

所述频域限幅器用于根据频域信号幅度对干扰信号限幅。

所述IFFT模块用于将限幅后的频域信号进行IFFT变换，恢复为时域信号。

在上述任意一项实施例中优选的，所述动态压缩电路为平方根压缩电路。

在上述任意一项实施例中优选的，所述平方根压缩电路包括依次连接的对数运算单元、信号衰减单元以及反对数运算单元。

在上述任意一项实施例中优选的，所述对数运算单元包括第一电阻、第一运算放大器和第一三极管；所述第一电阻一端连接滤波器的输出端，另一端连接第一运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器的输出端接地，所述第一运算放大器的反相输入端连接第一三极管的集电极，所述第一三极管的基极接地，发射极以及第一运算放大器的输出端连接信号衰减单元。

在上述任意一项实施例中优选的，所述信号衰减单元包括第二电阻和第三电阻；所述第二电阻一端连接对数运算单元的输出端，另一端连接第三电阻的一端作为输出端和反对数运算单元的输入端，所述第三电阻的另一端接地。

在上述任意一项实施例中优选的，信号衰减单元的衰减倍数根据第二电阻和第三电阻的阻值比值进行设定。

在上述任意一项实施例中优选的，所述反对数运算单元包括第二三极管、第四电阻以及第二运算放大器；所述第二三极管的集电极和基极均与信号衰减单元的输出端连接，所述第二运算放大器的发射极连接第二运算放大器的反相输入端，所述第四电阻并联在第二运算放大器的反相输入端与输出端之间。

在上述任意一项实施例中优选的，所述动态恢复运算模块为进行平方运算的乘法器。

本发明还提供一种大动态范围的宽带接收方法，基于上述宽带接收设备进行实施，包括以下步骤：

S1、对接收到的大动态范围的宽带信号的模拟信号进行滤波；

S2、对滤波后的宽带信号的模拟信号进行压缩处理，减弱强干扰信号幅度；

S3、将压缩后的宽带信号的模拟信号转换为数字信号；

S4、将数字信号进行反压缩；

S5、将反压缩后的信号转换到频域；

S6、根据频域信号幅度对干扰信号限幅；

S7、将限幅后的频域信号进行IFFT变换，恢复为时域信号。

进一步优选的，在S2中所述对滤波后的宽带信号的模拟信号进行压缩处理，包括如下压缩过程：

利用对数运算电路，将滤波后的信号取对数ln(x)，通过1/2信号衰减电路将信号幅度减半ln(x)/2；通过反对数运算，将减半后的信号变为如下公式所示

其中，x表示原滤波后的信号，y表示衰减后的信号。

进一步优选的，在S4中，所述将数字信号按照如下公式进行反压缩：

其中，inv为取反运算，x为压缩后的信号，y为反运算之后的信号。

本申请公开的大动态范围的宽带接收设备及接收方法，相比于现有设备至少具有以下优点：

1、本申请提供的大动态范围的宽带接收设备及接收方法，通过在模拟域压缩信号动态，ADC采样后在数字域做逆运算解压缩的方法。通过动态压缩电路，抑制强干扰信号避免ADC饱和，然后在数字域做压缩的逆运算，通过FFT变换将信号转换到频域，对频域的信号进行限幅处理后，通过IFFT将信号恢复到时域。恢复的信号沿用以前的宽带接收数字处理链路。不需要对原系统做较大的修改，具有动态范围大，抗干扰能力强，对各种宽带通讯协议兼容性好的优点。

2、本申请提供的大动态范围的宽带接收设备及接收方法，动态压缩运算优选平方根运算，具有小信号衰减小，强干扰信号衰减大的特点；

3、本申请提供的大动态范围的宽带接收设备及接收方法，通过ADC转换到数字域后的信号进行压缩运算的逆运算；对于平方根运算的逆运算是平方运算，在数字域可以通过乘法方便快速的实现。

4、本申请提供的大动态范围的宽带接收设备及接收方法，将压缩处理后的数据在数字域进行压缩的逆运算，然后通过FFT变换到频域，通过频域限幅、IFFT变换恢复为时域信号，恢复后的信号可以沿用以前的宽带接收数字处理链路，不需要对原系统做较大的修改。具有动态范围大，抗干扰能力强，对各种宽带通讯协议兼容性好的优点。

5、本申请提供的大动态范围的宽带接收设备及接收方法，可应用于直接扩频序列DS、正交频分复用OFDM以及码分多址CDMA等宽带通讯系统，也可以应用于其它宽带通讯系统。

附图说明

图1为本发明提供的大动态范围的宽带接收设备的系统框图。

图2是本发明提供的平方根压缩电路原理框图。

图3是本发明提供的平方根压缩电路原理图。

图4为本发明提供的大动态范围的宽带接收方法的流程图。

具体实施方式

以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明一方面实施例提供的一种大动态范围的宽带接收设备，包括依次连接的滤波器、动态压缩电路、模数转换器、动态恢复运算模块、FFT模块、频域限幅器和IFFT模块；

所述滤波器用于对接收到的宽带信号的模拟信号进行滤波；

所述动态压缩电路用于对接收到的宽带信号的模拟信号进行压缩处理，减弱强干扰信号幅度，避免模数转换器饱和；

所述模数转换器用于将压缩后的宽带信号的模拟信号转换为数字信号；

所述动态恢复运算模块用于将数字信号进行反压缩；

所述FFT模块用于将反压缩后的信号转换到频域；

所述频域限幅器用于根据频域信号幅度对干扰信号限幅。

所述IFFT模块用于将限幅后的频域信号进行IFFT变换，恢复为时域信号。

动态压缩电路为平方根压缩电路。

如图2所示，平方根压缩电路包括依次连接的对数运算单元、信号衰减单元以及反对数运算单元。如图3所示，对数运算单元包括第一电阻R1、第一运算放大器U1和第一三极管Q1；所述第一电阻R1一端连接滤波器的输出端，另一端连接第一运算放大器U2的反相输入端，所述第一运算放大器U1的输出端接地，所述第一运算放大器U1的反相输入端连接第一三极管Q1的集电极，所述第一三极管Q1的基极接地，发射极以及第一运算放大器U1的输出端连接信号衰减单元。所述信号衰减单元包括第二电阻R2和第三电阻R3；所述第二电阻R2一端连接对数运算单元的输出端，另一端连接第三电阻R3的一端作为输出端和反对数运算单元的输入端，所述第三电阻R3的另一端接地。

信号衰减单元的衰减倍数根据第二电阻R2和第三电阻R3的阻值比值进行设定。

所述反对数运算单元包括第二三极管Q2、第四电阻R4以及第二运算放大器U2；所述第二三极管Q2的集电极和基极均与信号衰减单元的输出端连接，所述第二运算放大器U2的发射极连接第二运算放大器U2的反相输入端，所述第四电阻R4并联在第二运算放大器的反相输入端与输出端之间。

所述动态恢复运算模块为进行平方运算的乘法器。

动态压缩电路实再信号的动态压缩，其原理框图如图2所示： 优选采用平方根动态压缩，其电路实现过程为：

通过对数运算电路，将信号取对数ln(x)。通过1/2信号衰减电路将信号幅度减半ln(x)/2。通过反对数运算，将减半后的信号变为如下公式1所示

（公式1）

平方根动态压缩电路具体实现，如图3所示。对数运算电路由R1、U1、Q1组成的电路实现，Q1基极接地，此时相当于二极管的指数工作区模式，运算放大器取反之后，实现取对数运算。1/2信号衰减电路由R2、R3组成的分压电路实现，衰减倍数可以通过调整R2、R3的分压阻值实现。反对数运算由Q2、R4、U2组成的电路实现。模数转换器ADC模块主要实现信号从模拟域到数字域的转换。

动态恢复运算通过动态压缩的逆运算实现动态恢复。具体实施例里通过平方根运算的逆运算，也就是平方运算实现。在数字域里可以通过乘法运算，也就是信号乘其自身的方法实现平方根运算的逆运算如下公式2所示。

（公式2）

其中，inv为取反运算，x为压缩后的信号，y为反运算之后的信号。

快速傅里叶变换（FFT）实现信号时域到频域的转换。频域限幅器的主要作用是将干扰或过大的有用信号幅度降低，通过功率谱提取模块计算功率谱分布特性，并与协议规定的功率谱作对比分析。再通过频域限幅模块对超出部分的功率谱衰减。反快速傅里叶变换（IFFT）将限幅后的频域信号恢复到时域。

如图4所示，本发明还提供一种大动态范围的宽带接收方法，基于上述宽带接收设备进行实施，包括以下步骤：

S1、对接收到的大动态范围的宽带信号的模拟信号进行滤波；

S2、对滤波后的宽带信号的模拟信号进行压缩处理，减弱强干扰信号幅度；进一步压缩过程采用上述平方根动态压缩实现，其压缩原理如公式1所示。

S3、将压缩后的宽带信号的模拟信号转换为数字信号；

S4、将数字信号进行反压缩；在进行反压缩时，其压缩原理如公式2所示。

S5、将反压缩后的信号转换到频域；

S6、根据频域信号幅度对干扰信号限幅；

S7、将限幅后的频域信号进行IFFT变换，恢复为时域信号。

本发明提供的大动态范围的宽带接收设备及接收方法，通过滤波器对接收到的信号进行滤波后，利用动态压缩电路进行压缩，抑制强干扰信号避免ADC饱和，利用模数转换器将信号转换为数字域后在通过动态恢复运算模块进行解压缩，恢复信号后通过FFT模块将信号转换到频域，利用频域限幅器对频域的信号进行限幅处理后，通过IFFT将信号恢复到时域。恢复的信号沿用以前的宽带接收数字处理链路，结构简单。

显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种大动态范围的宽带接收设备，其特征在于，包括依次连接的滤波器、动态压缩电路、模数转换器、动态恢复运算模块、FFT模块、频域限幅器和IFFT模块；

所述滤波器用于对接收到的宽带信号的模拟信号进行滤波；

所述动态压缩电路用于对接收到的宽带信号的模拟信号进行压缩处理，减弱强干扰信号幅度；所述动态压缩电路为平方根压缩电路；所述平方根压缩电路包括依次连接的对数运算单元、信号衰减单元以及反对数运算单元；所述对滤波后的宽带信号的模拟信号进行压缩处理，包括如下压缩过程：

利用对数运算电路，将滤波后的信号取对数ln(x)，通过1/2信号衰减电路将信号幅度减半ln(x)/2；通过反对数运算，将减半后的信号变为如下公式所示

其中，x表示原滤波后的信号，y表示衰减后的信号；

所述模数转换器用于将压缩后的宽带信号的模拟信号转换为数字信号；

所述动态恢复运算模块用于将数字信号进行反压缩；

所述FFT模块用于将反压缩后的信号转换到频域；

所述频域限幅器用于根据频域信号幅度对干扰信号限幅；

所述IFFT模块用于将限幅后的频域信号进行IFFT变换，恢复为时域信号。

2.根据权利要求1所述的大动态范围的宽带接收设备，其特征在于，所述对数运算单元包括第一电阻、第一运算放大器和第一三极管；所述第一电阻一端连接滤波器的输出端，另一端连接第一运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器的输出端接地，所述第一运算放大器的反相输入端连接第一三极管的集电极，所述第一三极管的基极接地，发射极以及第一运算放大器的输出端连接信号衰减单元。

3.根据权利要求2所述的大动态范围的宽带接收设备，其特征在于，所述信号衰减单元包括第二电阻和第三电阻；所述第二电阻一端连接对数运算单元的输出端，另一端连接第三电阻的一端作为输出端和反对数运算单元的输入端，所述第三电阻的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的大动态范围的宽带接收设备，其特征在于，信号衰减单元的衰减倍数根据第二电阻和第三电阻的阻值比值进行设定。

5.根据权利要求2所述的大动态范围的宽带接收设备，其特征在于，所述反对数运算单元包括第二三极管、第四电阻以及第二运算放大器；所述第二三极管的集电极和基极均与信号衰减单元的输出端连接，所述第二运算放大器的发射极连接第二运算放大器的反相输入端，所述第四电阻并联在第二运算放大器的反相输入端与输出端之间。

6.根据权利要求1所述的大动态范围的宽带接收设备，其特征在于，所述动态恢复运算模块为进行平方运算的乘法器。

7.一种大动态范围的宽带接收方法，基于上述权利要求1-6中任意一项所述的宽带接收设备进行实施，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对接收到的大动态范围的宽带信号的模拟信号进行滤波；

S2、对滤波后的宽带信号的模拟信号进行压缩处理，减弱强干扰信号幅度；所述对滤波后的宽带信号的模拟信号进行压缩处理，包括如下压缩过程：

利用对数运算电路，将滤波后的信号取对数ln(x)，通过1/2信号衰减电路将信号幅度减半ln(x)/2；通过反对数运算，将减半后的信号变为如下公式所示

其中，x表示原滤波后的信号，y表示衰减后的信号；

S3、将压缩后的宽带信号的模拟信号转换为数字信号；

S4、将数字信号进行反压缩；

S5、将反压缩后的信号转换到频域；

S6、根据频域信号幅度对干扰信号限幅；

S7、将限幅后的频域信号进行IFFT变换，恢复为时域信号。

8.根据权利要求7所述的大动态范围的宽带接收方法，其特征在于，在S4中，所述将数字信号按照如下公式进行反压缩：

其中，inv为取反运算，x为压缩后的信号，y为反运算之后的信号。

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