一种信号收发电路、信号收发方法、电子设备及组网系统与流程

本技术涉及雷达感知检测及无线通信，尤其涉及一种信号收发电路、信号收发方法、电子设备及组网系统。

背景技术：

1、基于微波感应的雷达探测技术广泛应用在各种物联网的电子设备中。在物联网的电子设备中，以集成电路或芯片的形式设计实现雷达探测的信号收发电路，以达到电子设备的集成化和小型化的目的。随着电子设备的智能化发展，其对无线通信能力的需求也在增加，例如，电子设备需要基于无线通信能力实现接收中控设备的控制调度，或者，向中控设备传输相关的运行数据等。但当前几乎所有雷达探测的信号收发电路都没有集成有无线通信功能。为了满足电子设备的无线通信能力需求，通常在电子设备中额外配置无线通信相关的器件，但这会导致硬件成本、功耗和面积开销都极大增加。

2、一种改进的现有技术为：在信号收发电路中设计复合型基带电路，该复合型基带电路具有向数模转换器输出数字信号的雷达探测信号和无线通信发射的业务信号的功能。基于该改进架构，可以实现复用无线通信的信号收发电路架构实现无线通信和雷达探测一体化集成的目的。但该改进架构下，并未对架构的中频和数字部分进行优化。其信号收发电路的雷达探测和无线通信的功能的响应速度慢、功耗高且兼容性差。除此以外，其作为一种通信方式，缺乏对相关协议、信道控制和工况控制等实际应用性场景的设计。综上所述，该改进方式仅停留在理论概念层面对模拟到射频的角度进行了理论性设计，在硬件结构和软件设计层面都缺乏实用性，难以实际应用。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种信号收发电路、信号收发方法、电子设备及组网系统，提升了一体化集成了雷达探测和无线通信功能的信号收发电路的实用性，达到了实际应用的目的。

2、为达到上述目的，本技术的实施例采用如下技术方案：

3、第一方面，提供了一种信号收发电路，该信号收发电路包括雷达波形生成器、本振频率源、上变频混频器和第一开关。第一开关的第一端用于与雷达波形生成器的输出端或第一数模转换器的输出端选通耦合。第一数模转换器的输出端用于提供模拟信号形式的基带业务发射信号。第一开关的第二端与上变频混频器的输入端耦合。上变频混频器的本振端口与本振频率源的输出端耦合。其中，当第一开关的第一端与雷达波形生成器的输出端选通耦合时，上变频混频器的输出端用于输出雷达探测信号；当第一开关的第一端与第一数模转换器的输出端选通耦合时，上变频混频器的输出端用于输出射频业务发射信号。

4、在本技术实施例中，对架构的中频部分和数字部分进行了优化设计。通过设计第一开关，第一开关可以选通耦合第一数模转换器，接收来自于第一数模转换器输出的模拟信号形式的基带业务发射信号，并将模拟信号形式的基带业务发射信号传输至上变频混频器进行上变频混频处理，从而得到作为射频业务发射信号的混频信号，以实现无线通信。除此以外，第一开关也可以选通耦合雷达波形生成器，接收雷达波形生成器输出的雷达脉冲信号，并将雷达脉冲信号传输至上变频混频器进行上变频混频处理，从而得到作为雷达探测信号的混频信号。相比于现有技术中采用复合型基带电路来提供雷达探测所需的雷达脉冲信号和无线通信所需的基带业务发射信号，在本技术的应用架构下，具有以下优点：当信号收发电路处于雷达探测的工作模式时，基于雷达波形生成器生成雷达脉冲信号并直接通过上变频混频器进行上变频混频即可生成雷达探测信号所需的感知波形。该方案使用雷达波形生成器结合上变频混频器的架构，可也大大降低雷达探测模式下的功耗，以满足实际应用时的功耗设计需求，有益于方案的实际应用。

5、在一种可能的实施方式中，信号收发电路还包括下变频混频器和第二开关。第二开关的第一端用于与本振频率源的输出端或上变频混频器的输出端选通耦合，第二开关的第二端与下变频混频器的本振端口耦合。其中，当第一开关的第一端与雷达波形生成器的输出端选通耦合时，第二开关的第一端与上变频混频器的输出端选通耦合，下变频混频器的输入端输入雷达探测信号的回波信号。当第一开关的第一端与第一数模转换器的输出端选通耦合时，第二开关的第一端与本振频率源的输出端选通耦合，下变频混频器的输入端输入射频业务接收信号。在本技术实施例中，具有以下优点：优点一、基于本振端口获取的雷达探测信号对回波信号进行下变频混频处理，通过这种采用发射信号来自混频接收信号的方式，发射通道与接收通道之间的干扰泄露信号是接近与零频变化的直流信号。对于这种直流信号形式的干扰泄露信号，使得可以使用成本低廉且实现方式简单的相关技术来实现抗干扰处理，从而提升了方案实现的可行性，有助于实际应用。优点二、相比于现有技术中采用复合型基带电路来产生雷达脉冲信号，本实施例在雷达探测的工作状态下等效得到的是传统的雷达架构，其下变频混频器的输出后级无需采用快时间压缩等复杂处理算法对下变频混频器输出的下变频混频信号进行算法处理，即可实现雷达探测的结果运算，其可以更加节省算力。同时，当在下变频混频器的后级进行模数转换器的设计时，对模数转换器的频率要求极低。通过这种实施方式可以降低功耗、运算量和器件成本，有利于方案的实际应用。

6、在一种可能的实施方式中，信号收发电路还包括滤波器，滤波器与下变频混频器的输出端耦合。其中，当第二开关的第一端与上变频混频器的输出端选通耦合时，滤波器用于进行高通滤波。当第二开关的第一端与本振频率源的输出端选通耦合时，滤波器用于进行低通滤波。在本实施例中，因干扰泄露信号近似于直流信号，因此，对其的除去较为简单，可以采用滤波的方式去除干扰泄露信号。其中，滤波器为具有高通滤波和低通滤波切换功能的滤波器。在无线通信的场景下，需要滤波器具有低通滤波的功能，以滤除接收到的信号中的底噪声等。而在雷达探测的场景下，需要滤波器具有高通滤波的功能，以滤除干扰泄露信号。通过滤波器即可实现对干扰泄露信号的快速滤除，相比于现有技术中产生的非直流的干扰泄露信号，本方案可以更加容易在低成本、低功耗且低设计复杂度的情况下实现抗干扰设计，有利于方案的实际应用。

7、在一种可能的实施方式中，信号收发电路还包括直流泄露去除电路，直流泄露去除电路与下变频混频器的输出端耦合。其中，直流泄露去除电路用于：当第二开关的第一端与上变频混频器的输出端选通耦合时，向下变频混频器的输出端提供抵消直流电信号，抵消直流电信号用于去除干扰泄露信号，干扰泄露信号为从上变频混频器传输到下变频混频器的直流信号。

8、示例性地，信号收发电路还包括加法器和第二数模转换器，第二数模转换器的输出端通过加法器与下变频混频器的输出端耦合，第二数模转换器用于输出直流信号，直流信号与干扰泄露信号相反电平且相同电压幅度。示例性地，信号收发电路还包括减法器和第二数模转换器，第二数模转换器的输出端通过减法器与下变频混频器的输出端耦合，第二数模转换器用于输出直流信号，直流信号与干扰泄露信号相同电平且相同电压幅度。

9、在本技术实施例中，除了采用上述滤波器的方式可以去除干扰泄露信号以外，还可以采用直流泄露去除电路进行干扰泄露信号的去处。直流泄露去处电路通过第二数模转换器产生与干扰泄露信号电压幅度相同的直流信号，通过直流信号与干扰泄露信号进行相加或相减以实现对干扰泄露信号的抵消去除。相比于现有技术中产生的非直流的干扰泄露信号，本方案可以更加容易在低成本、低功耗且低设计复杂度的情况下实现抗干扰设计，有利于方案的实际应用。

10、在一种可能的实施方式中，信号收发电路还包括模数转换器和第一数模转换器，模数转换器的输入端与下变频混频器的输出端耦合。在本技术实施例中，可以将模数转换器和第一数模转换器与混频器等器件都集成在一个集成电路或芯片内。

11、在一种可能的实施方式中，信号收发电路还包括数据处理电路，数据处理电路分别与第一数模转换器的输入端、模数转换器的输出端、第一开关的受控端和第二开关的受控端耦合，其中，数据处理电路用于：向第一数模转换器的输入端提供数字信号形式的基带业务发射信号，向第一开关的受控端和第二开关的受控端输出第一控制信号，从模数转换器的输出端获取射频业务接收信号对应的数字业务信号，第一控制信号用于控制第一开关的第一端与第一数模转换器的输出端选通耦合，控制第二开关的第一端与本振频率源的输出端选通耦合。或者，向第一开关的受控端和第二开关的受控端输出第二控制信号，从模数转换器的输出端获取数字信号形式的雷达探测信号，第二控制信号用于控制第一开关的第一端与雷达波形生成器的输出端选通耦合，控制第二开关的第一端与上变频混频器的输出端选通耦合。在本技术实施例中，数据处理电路具有无线通信的基带数据处理功能、雷达探测的数据探测解析功能以及工作模式的切换控制功能。可以将数据处理电路与混频器等电路结构也集成在一个集成电路或芯片结构中。

12、在一种可能的实施方式中，信号收发电路还包括数据处理电路和第三开关，数据处理电路包括基带处理电路和控制器。第三开关的第一端与模数转换器的输出端耦合，第三开关的第二端与基带处理电路和控制器选通耦合。控制器还分别与基带处理电路、第一开关的第二端和第三开关的第一端耦合。其中，控制器用于：根据第一开关的第二端和第三开关的第一端的信号，向基带处理电路输出模式指示信号，模式指示信号用于指示信号收发电路的工作模式。在本技术实施例中，可以采用分立的两个处理器件分别执行无线通信的基带数据处理功能和雷达探测的探测结构解析功能。由基带处理电路进行无线业务收发解析，由控制器进行雷达探测的探测结构解析。同时，控制器还可以对第一开关的第二端和第三开关的第一端处的信号进行检测，根据检测结果确定是否需要切换工作模式。当控制器判断需要切换工作模式时，在本实施例中，控制器可以向基带处理电路输出模式指示信号，由基带处理电路基于模式指示信号来输出控制信号，以控制开关的开关状态，从而实现工作模式的切换。

13、在一些示例中，在无线通信的工作状态下，基带处理电路用于：根据模式指示信号，向第一数模转换器的输入端提供数字信号形式的基带业务发射信号，向第一开关的受控端、第二开关的受控端和第三开关的受控端输出第一控制信号，第一控制信号用于控制第一开关的第一端与第一数模转换器的输出端选通耦合，控制第二开关的第一端与本振频率源的输出端选通耦合，控制第三开关的第二端与基带处理电路选通耦合；控制器还用于：从模数转换器的输出端获取射频业务接收信号对应的数字业务信号。

14、在一些示例中，在雷达探测的工作状态下，基带处理电路用于：根据模式指示信号，向第一开关的受控端、第二开关的受控端和第三开关的受控端输出第二控制信号，从模数转换器的输出端获取数字信号形式的雷达探测信号，控制第二开关的第一端与上变频混频器的输出端选通耦合，控制第三开关的第二端与控制器选通耦合；第二控制信号用于控制第一开关的第一端与雷达波形生成器的输出端选通耦合；控制器还用于：从模数转换器的输出端获取雷达探测信号的回波信号对应的数字回波信号。

15、本技术实施例提供了一种具体的实现不同工作模式切换的控制交互方案，有利于方案的具体应用实施。

16、在一种可能的实施方式中，信号收发电路用于：向路由设备发射第一射频业务发射信号，第一射频业务发射信号上承载有第一握手帧信息，第一握手帧信息上有密钥字段，密钥字段用于实现触发信号收发电路开启无线通信功能。从路由设备处接收第一射频业务发射信号，第一射频业务发射信号上承载有第二握手帧信息，第二握手帧信息上有路由设备的设备标识。在本技术实施例中，提供了一种信号收发电路与路由设备进行协议握手认证和交互的方案，以实现信号收发电路与路由设备的之间通信连接的建立，并且完成后续交互功能所需的密钥字段和设备标识的交互。

17、在一种可能的实施方式中，当信号收发电路持续发射雷达探测信号时，信号收发电路还用于：响应于从路由设备处接收到第二射频业务接收信号，信号收发电路切换为为分时间隔发射射频业务发射信号和雷达探测信号，第二射频业务接收信号上有密钥字段和设备标识。在本技术实施例中，当信号收发电路处于雷达探测的工作状态时，若接收到了路由设备发送的第二射频业务接收信号，响应于第二射频业务接收信号上有密钥字段和设备标识，完成认证，信号收发电路可以切换为与路由设备进行通信的状态，例如，切换为分时间隔发射射频业务发射信号和雷达探测信号，实现在保持雷达探测的时候还能进行无线通信交互。本实施例给出了无线通信与雷达探测功能一体化集成时的工作状态切换和调度交互的可行性方案，便于方案的实际应用。

18、在一种可能的实施方式中，密钥字段包括第一密钥字段和第二密钥字段；当信号收发电路持续发射雷达探测信号时，信号收发电路还用于：响应于从路由设备处接收到第三射频业务接收信号，信号收发电路切换为分时间隔发射射频业务发射信号和雷达探测信号，第三射频业务接收信号上承载有第一密钥字段和设备标识；或者，响应于从路由设备处接收到第三射频业务接收信号，信号收发电路切换为持续发射射频业务发射信号，第三射频业务接收信号上承载有第二密钥字段和设备标识。在本技术实施例中，根据无线通信的需求不同，可以设置不同的密钥字段，以触发信号收发电路切换至不同的通信状态，在分时间隔发射射频业务发射信号和雷达探测信号的状态下，信号收发电路保持雷达探测的状态，同时还具有无线通信的功能，但在该方案下，无线通信的数据量较小。而在信号收发电路切换为持续发射射频业务发射信号的状态下，信号收发电路可以基于更高的通信交互能力，以及抗通信干扰能力。本方案的设计可以实现更多复杂场景的应用适配，以提升方案的实际可应用性。

19、在一种可能的实施方式中，当信号收发电路持续发射雷达探测信号时，信号收发电路还用于：接收第四射频业务接收信号，第四射频业务接收信号上缺少密钥字段或设备标识中的至少一个，或者，第四射频业务接收信号上有错误的密钥字段或错误的设备标识中的至少一个。信号收发电路切换为间隔发射射频业务发射信号和雷达探测信号，或者，切换为持续发射射频业务发射信号，以与路由设备进行通信。在本技术实施例中，信号收发电路的实际工作状态中可能会遭遇一些安全性攻击，例如，接收到模拟的密钥字段或设备标识。因此，当接收到包含错误的密钥字段或错误的设备标识中的至少一个的第四射频业务接收信号，或者，接收到缺少密钥字段或设备标识中的至少一个的第四射频业务接收信号时，代表此刻存在安全攻击行为，为了物联网设备的运行安全性，可以将持续进行雷达通信的状态切换为分时间隔发射射频业务发射信号和雷达探测信号的状态，在这种状态下，运行功耗略高于极低功耗的持续雷达通信模式，通过与路由设备建立通信，可以大大提升设备的运行安全性。或者，可以将持续进行雷达通信的状态切换为持续发射射频业务发射信号，持续与路由设备进行通信，以极大保证运行的安全性。本方案可以适配在更加复杂且具有安全性要求的场景下，大大提升了方案应用的可行性。

20、在一种可能的实施方式中，在信号收发电路间隔发射射频业务发射信号和雷达探测信号时，或者，持续发射射频业务发射信号时，信号收发电路还用于：在持续的一段预设时间段内未接收到射频业务接收信号时，信号收发电路切换为持续发射雷达探测信号。在本技术实施例中，当信号收发电路持续一段时间都未进行无线通信时，可以切换为持续进行雷达探测的模式，在该模式下，电路的运行功耗保持在极低的状态。本实施例可以降低方案实现的功耗，有利于方案的实际应用。

21、第二方面，本技术实施例还提供了一种信号收发方法，信号收发方法应用于电子设备，电子设备包括信号收发电路。信号收发电路用于：发射雷达探测信信号或射频业务发射信号，接收雷达探测信号的回波信号，接收射频业务接收信号。该信号收发方法包括：通过信号收发电路向路由设备发射第一射频业务发射信号，第一射频业务发射信号上承载有第一握手帧信息，第一握手帧信息上有密钥字段，密钥字段用于实现触发电子设备开启无线通信功能；从路由设备处接收第一射频业务发射信号，第一射频业务发射信号上承载有第二握手帧信息，第二握手帧信息上有路由设备的设备标识。

22、在一种可能的实施方式中，当信号收发电路持续发射雷达探测信号时，信号收发方法还包括：响应于从路由设备处接收到第二射频业务接收信号，信号收发电路切换为为分时间隔发射射频业务发射信号和雷达探测信号，第二射频业务接收信号上有密钥字段和设备标识。

23、在一种可能的实施方式中，密钥字段包括第一密钥字段和第二密钥字段。当信号收发电路持续发射雷达探测信号时，信号收发方法还包括：响应于从路由设备处接收到第三射频业务接收信号，信号收发电路切换为分时间隔发射射频业务发射信号和雷达探测信号，第三射频业务接收信号上承载有第一密钥字段和设备标识；或者，响应于从路由设备处接收到第三射频业务接收信号，信号收发电路切换为持续发射射频业务发射信号，第三射频业务接收信号上承载有第二密钥字段和设备标识。

24、在一种可能的实施方式中，当信号收发电路持续发射雷达探测信号时，信号收发方法还包括：接收第四射频业务接收信号，第四射频业务接收信号上缺少密钥字段或设备标识中的至少一个，或者，第四射频业务接收信号上有错误的密钥字段或错误的设备标识中的至少一个；信号收发电路切换为间隔发射射频业务发射信号和雷达探测信号，或者，切换为持续发射射频业务发射信号，以与路由设备进行通信。

25、在一种可能的实施方式中，在信号收发电路间隔发射射频业务发射信号和雷达探测信号时，或者，持续发射射频业务发射信号时，信号收发方法还包括：在持续的一段预设时间段内未接收到射频业务接收信号时，信号收发电路切换为持续发射雷达探测信号。

26、第三方面，本技术实施例还提供了一种信号收发方法，该信号收发方法应用于路由设备，路由设备用于向电子设备发射射频业务接收信号或从电子设备处接收射频业务发射信号，电子设备具有雷达探测功能。信号收发方法包括：从电子设备处接收第一射频业务发射信号，第一射频业务发射信号上承载有第一握手帧信息，第一握手帧信息上有密钥字段，密钥字段用于实现触发电子设备开启无线通信功能；向电子设备发射第一射频业务发射信号，第一射频业务发射信号上承载有第二握手帧信息，第二握手帧信息上有路由设备的设备标识。

27、在一种可能的实施方式中，信号收发方法还包括：向电子设备发射第二射频业务接收信号，第二射频业务接收信号上有密钥字段和设备标识，第二射频业务接收信号用于指示电子设备向路由设备分时间隔发射射频业务发射信号。

28、在一种可能的实施方式中，密钥字段包括第一密钥字段和第二密钥字段。信号收发方法还包括：向电子设备发射第三射频业务接收信号；当第三射频业务接收信号上承载有第一密钥字段和设备标识时，第三射频业务接收信号用于指示电子设备向路由设备分时间隔发射射频业务发射信号；当第三射频业务接收信号上承载有第二密钥字段和设备标识时，第三射频业务接收信号用于指示电子设备向路由设备持续发射射频业务发射信号。

29、第四方面，本技术实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括电路板和如上述第一方面所记载的信号收发电路。

30、第五方面，本技术实施例还提供了一种组网系统，该组网系统包括路由设备和至少一个电子设备，电子设备用于执行如上述第二方面所记载的信号收发方法，路由设备用于执行如上述第三方面所记载的信号收发方法。

31、第六方面，本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括指令，当指令在处理器上运行时，使得处理器执行如上述第二方面所记载的信号收发方法，或者，执行如上述第三方面所记载的的信号收发方法。

32、关于上述第二方面、第三方面、第四方面、第五方面和第六方面的技术原理有有益效果，可以参考上述第一方面的相关描述，在此不再赘述。