集成多节点频谱感知方法及装置与流程

1.本技术涉及信号处理技术领域，特别涉及一种集成多节点频谱感知方法及装置。


背景技术：

2.随着未来无线通信、新体制雷达等射频系统对容量、传输速率、探测分辨率等需求的不断增长，接收端对宽带信号接收能力与频谱认知能力的要求也逐步提高，以便缓和日益紧张的电磁频谱资源。
3.相关技术中，电学接收方法由于存在传输损耗大、采样带宽窄、体积大、功耗高、电磁干扰严重等问题，无法进一步扩展接收端的节点采集数量及可接收带宽。微波光子技术凭借其在信号传输及处理方面的独特优势有助于突破频谱认知与宽带信号接收过程中的电学瓶颈。在信号接收端，利用光子信号处理技术实现电磁频谱的快速分辨及测量，以全面了解电磁频谱的实时运营状态，最大化频谱资源使用效率，利用宽带光子adc的高采样率与高有效比特位并重的特性可以实现对任意大带宽信号波形的有效接收及恢复，获取有效信息。
4.然而，现阶段不同材料光电子器件之间以及光电子器件与射频器件架构的差异使得宽带微波信号频谱感知系统的处理规模与精度受限，各环节功能实现原理和器件材料体系的分立特性限制了接收系统平台的集成化发展，难以实现无线通信、雷达等射频系统中多信道的宽带信号光域调控与采样，亟待改进。
5.申请内容
6.本技术提供一种集成多节点频谱感知方法及装置，以解决相关技术中针对频谱感知系统中节点规模不足、扩展性差以及器件功能分立、集成化程度不高等技术问题。
7.本技术第一方面实施例提供一种集成多节点频谱感知方法，包括以下步骤：接收一个或多个区域的待测宽带微波信号；在各节点分别对所述待测宽带微波信号进行电光转换，经电域转换到光域后得到光载微波信号；获取所述各节点的光载微波信号，并对得到的光载微波信号进行路由选择；将所述得到的光载微波信号进行光谱整形，对经光谱调控后的光载微波信号由宽带光子adc进行采样量化，得到所述待测宽带微波信号的频谱信息
8.可选地，在本技术的一个实施例中，所述接收待测宽带微波信号，包括：利用多个天线，接收不同区域内的宽带微波信号，得到所述待测宽带微波信号。
9.可选地，在本技术的一个实施例中，调制器的带宽大于回波信号的带宽。
10.可选地，在本技术的一个实施例中，所述获取所述各节点的光载微波信号，包括：通过传输光纤，收集所述各节点发射的光载微波信号；对收集的各节点发射的光载微波信号进行集成处理。
11.本技术第二方面实施例提供一种集成多节点频谱感知装置，包括：接收模块，用于接收一个或多个区域的待测宽带微波信号；转换模块，用于在各节点分别对所述待测宽带微波信号进行电光转换，经电域转换到光域后得到光载微波信号；路由模块，用于获取所述各节点的光载微波信号，并对所述得到的光载微波信号进行路由选择；感知模块，用于将所
述得到的光载微波信号进行光谱整形，对经光谱调控后的光载微波信号由宽带光子adc进行采样量化，得到所述待测宽带微波信号的频谱信息。
12.可选地，在本技术的一个实施例中，所述接收模块进一步用于利用多个天线，接收不同区域内的宽带微波信号，得到所述待测宽带微波信号。
13.可选地，在本技术的一个实施例中，调制器的带宽大于回波信号的带宽。
14.可选地，在本技术的一个实施例中，所述路由模块进一步用于通过传输光纤，收集所述各节点发射的光载微波信号，并对收集的各节点发射的光载微波信号进行集成处理。
15.将待测量信号转换到光域，经光纤传输后在中心站对信号光的节点切换与光频谱调控，动态调控传输过程中色散、非线性、串扰等因素对信号质量的恶化，使得采集网络兼具大规模与高性能特征，再利用宽带光子adc采集接收即可实现对待测信号的频谱认知，从而获知区域内的电磁资源频谱运用状况，不但在构建多节点模拟信号光采集网络，扩展节点规模的同时推动多节点频谱感知系统集成化进程，实现对一定区域内电磁空间频谱资源的分布式采集与监测，而且为无线通信频谱资源自适应分配与雷达空间电磁对抗提供快速、准确的频谱信息。由此，解决了相关技术中针对频谱感知系统中节点规模不足、扩展性差以及器件功能分立、集成化程度不高等技术问题。
16.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
17.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
18.图1为根据本技术实施例提供的一种集成多节点频谱感知方法的流程图；
19.图2为根据本技术一个实施例的集成多节点频谱感知方法的实现原理示意图；
20.图3为根据本技术一个具体实施例的集成多节点频谱感知方法的实现原理示意图；
21.图4为根据本技术实施例的集成多节点频谱感知装置的示例图。
具体实施方式
22.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
23.下面参考附图描述本技术实施例的集成多节点频谱感知方法及装置。针对上述背景技术中心提到的针对频谱感知系统中节点规模不足、扩展性差以及器件功能分立、集成化程度不高等技术问题，本技术提供了一种集成多节点频谱感知方法，在该方法中，将待测量信号转换到光域，经光纤传输后在中心站对信号光的节点切换与光频谱调控，动态调控传输过程中色散、非线性、串扰等因素对信号质量的恶化，使得采集网络兼具大规模与高性能特征，再利用宽带光子adc采集接收即可实现对待测信号的频谱认知，从而获知区域内的电磁资源频谱运用状况，不但在构建多节点模拟信号光采集网络，扩展节点规模的同时推动多节点频谱感知系统集成化进程，实现对一定区域内电磁空间频谱资源的分布式采集与
监测，而且为无线通信频谱资源自适应分配与雷达空间电磁对抗提供快速、准确的频谱信息。由此，解决了相关技术中针对频谱感知系统中节点规模不足、扩展性差以及器件功能分立、集成化程度不高等技术问题。
24.具体而言，图1为本技术实施例所提供的一种集成多节点频谱感知方法的流程示意图。
25.如图1所示，该集成多节点频谱感知方法包括以下步骤：
26.在步骤s101中，接收一个或多个区域的待测宽带微波信号。
27.可选地，在本技术的一个实施例中，接收待测宽带微波信号，包括：利用多个天线，接收不同区域内的宽带微波信号，得到待测宽带微波信号。
28.结合图2和图3所示，作为一种可能实现的方式，本技术实施例可以接收天线收集微波信号，如在信号接收端，接收天线模块由n个接收天线组成，用于接收一定区域内的宽带微波信号，并将信号发送至接收端集成节点发射机模块，接收天线可采用常规部件，在此不作具体限制。
29.在步骤s102中，在各节点分别对待测宽带微波信号进行电光转换，经电域转换到光域后得到光载微波信号。
30.结合图2和图3所示，作为一种可能实现的方式，集成节点发射机模块用于对宽带微波信号进行电光转换，将待测微波信号由电域转换到光域。
31.其中，在本技术的一个实施例中，调制器的带宽大于回波信号的带宽。
32.可以理解的是，在电光转换时，调制器的带宽大于回波信号的带宽，以实现电光转换的目的。
33.在步骤s103中，获取所述各节点的光载微波信号，并对得到的光载微波信号进行路由选择。
34.其中，在本技术的一个实施例中，获取各节点的光载微波信号，包括：通过传输光纤，收集各节点发射的光载微波信号；对收集的各节点发射的光载微波信号进行集成处理。
35.结合图2和图3所示，作为一种可能实现的方式，将处理后的信号经光纤传输至集成光开关模块，例如集成光开关模块为n
×
n的开关矩阵，用于对光信号的传输节点进行路由选择，经路径再分配后的光载微波信号送至集成光学空间调控模块。
36.本技术实施例在节点内完成电光转换，进而收集各个节点的光信号进行路由选择，以进行频谱测量，在构建多节点模拟信号光采集网络，扩展节点规模的同时推动多节点频谱感知系统集成化进程，实现对一定区域内电磁空间频谱资源的分布式采集与监测，为无线通信频谱资源自适应分配与雷达空间电磁对抗提供快速、准确的频谱信息。
37.在步骤s104中，将得到的光载微波信号进行光谱整形，对经光谱调控后的光载微波信号由宽带光子adc进行采样量化，得到待测宽带微波信号的频谱信息。
38.进一步地，结合图2和图3所示，作为一种可能实现的方式，集成光学空间调控模块用于对经光纤传输及光开关模块切换后的光载微波信号进行光谱整形，缓解传输链路中串扰、色散等非理想因素对信号产生的影响，对光频谱进行高效精细处理以实现动态调控，经光频谱调控后的信号送至宽带光子adc模块的光输入端，最后宽带光子adc模块对经调控后的光信号进行采样量化，在信号处理端获得待测微波信号的频谱信息，了解区域内电磁资源分配状况，及时整合资源以避免不必要的资源耗费。
39.也就是说，本技术实施例可以收集不同区域内的微波信号，并在在节点内完成电光转换，从而再收集各个节点的光信号进行路由选择，随后再光谱调控和光子adc接收，实现对一定区域内电磁空间频谱资源的分布式采集与监测，为无线通信频谱资源自适应分配与雷达空间电磁对抗提供快速、准确的频谱信息。
40.综上，本技术实施例借助集成节点发射机与集成光开关矩阵提高了多节点采集网络的可扩展性，可以满足电磁空间分布式信息的采集需求，集成光学调控模块利用光信号处理技术抑制大规模采集网下光纤色散等非理想因素对模拟光信号性能的影响，宽带光子adc适用于对任意宽带信号的波形接收与频谱测量。此外，整个频谱感知方法实现原理结构紧凑，实现了各微波光子功能模块单元的小型化，进一步提升了系统的集成化程度。
41.结合图2和图3所示，以下以一个具体实施例对本技术实施例的工作原理进行详细没描述。
42.举例而言，本技术实施例包括接收天线单元、集成节点发射单元、传输光纤、中心站交换节点、集成光学空间调控单元、宽带光子adc单元。
43.具体地，接收天线单元用于接收待测宽带微波信号，输出端连接集成节点发射单元的微波信号输入端。集成节点发射单元包含激光器与电光调制器的集成模块，在节点发射单元中完成宽带微波信号由电域到光域的转换，每一支路中调制器的带宽大于回波信号的带宽。共有n个集成节点发射单元，n为正整数，为集成多节点频谱感知装置中采集节点个数，输出端经光纤传输后连接中心站交换节点的光输入端。中心站交换节点含有n个光输入端，用于对光信号的路由选择，输出端连接集成光学空间调控单元的光输入端。集成光学空间调控单元用于对经分配后的光载微波信号进行光谱整形与调控，输出端与宽带光子adc单元的光输入端相连。宽带光子adc单元用于对信号进行频谱测量，实现全光信号处理，降低对后端电器件速率要求，经采样量化及算法处理后，获知待测信号的频谱信息，实现电磁资源的自适应分配。
44.例如，以集成二节点频谱感知为例，待测微波信号分别是载频为1.25ghz和11.25ghz的矢量调制信号，调制信号格式为16qam，符号率为10msps，经20km长距离光纤(g.652)传输后实现了集成多节点的频谱感知系统，最终获得对应矢量调制信号的星座图，其可对一定区域范围内的频谱资源占用状态进行实时测量，经不同节点采集的微波信号均可实现准确的频谱感知，具备了多节点频谱感知功能。
45.根据本技术实施例提出的集成多节点频谱感知方法，将待测量信号转换到光域，经光纤传输后在中心站对信号光的节点切换与光频谱调控，动态调控传输过程中色散、非线性、串扰等因素对信号质量的恶化，使得采集网络兼具大规模与高性能特征，再利用宽带光子adc采集接收即可实现对待测信号的频谱认知，从而获知区域内的电磁资源频谱运用状况，不但在构建多节点模拟信号光采集网络，扩展节点规模的同时推动多节点频谱感知系统集成化进程，实现对一定区域内电磁空间频谱资源的分布式采集与监测，而且为无线通信频谱资源自适应分配与雷达空间电磁对抗提供快速、准确的频谱信息。
46.其次参照附图描述根据本技术实施例提出的集成多节点频谱感知装置。
47.图4是本技术实施例的集成多节点频谱感知装置的方框示意图。
48.如图4所示，该集成多节点频谱感知装置10包括：接收模块100、转换模块200、路由模块300和感知模块400。
49.具体地，接收模块100，用于接收一个或多个区域的待测宽带微波信号。
50.转换模块200，用于在各节点分别对待测宽带微波信号进行电光转换，经电域转换到光域后得到光载微波信号；
51.路由模块300，用于获取所述各节点的光载微波信号，并对得到的光载微波信号进行路由选择。
52.感知模块400，用于将得到的光载微波信号进行光谱整形，对经光谱调控后的光载微波信号由宽带光子adc进行采样量化，得到待测宽带微波信号的频谱信息。
53.可选地，在本技术的一个实施例中，接收模块100进一步用于利用多个天线，接收不同区域内的宽带微波信号，得到待测宽带微波信号。
54.可选地，在本技术的一个实施例中，调制器的带宽大于回波信号的带宽。
55.可选地，在本技术的一个实施例中，路由模块300进一步用于通过传输光纤，收集各节点发射的光载微波信号，并对收集的各节点发射的光载微波信号进行集成处理。
56.需要说明的是，前述对种集成多节点频谱感知方法实施例的解释说明也适用于该实施例的种集成多节点频谱感知装置，此处不再赘述。
57.根据本技术实施例提出的集成多节点频谱感知装置，将待测量信号转换到光域，经光纤传输后在中心站对信号光的节点切换与光频谱调控，动态调控传输过程中色散、非线性、串扰等因素对信号质量的恶化，使得采集网络兼具大规模与高性能特征，再利用宽带光子adc采集接收即可实现对待测信号的频谱认知，从而获知区域内的电磁资源频谱运用状况，不但在构建多节点模拟信号光采集网络，扩展节点规模的同时推动多节点频谱感知系统集成化进程，实现对一定区域内电磁空间频谱资源的分布式采集与监测，而且为无线通信频谱资源自适应分配与雷达空间电磁对抗提供快速、准确的频谱信息。
58.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或n个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
59.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“n个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
60.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或n个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
61.应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，n个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件
或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
62.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。