无线收发装置及其信号处理方法、通信设备与流程

1.本技术涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种无线收发装置及其信号处理方法、通信设备。


背景技术：

2.目前建立地下与地面通信的常规手段主要为有线通信设备；在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：一旦发生意外如：矿井/隧道坍塌、冒顶、瓦斯爆炸等事故发生，极易造成有线电缆断裂，导致设备无法正常工作，使得地下与地面之间无法取得联络。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高通信稳定性的无线收发装置及其信号处理方法、通信设备。
4.为了实现上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种无线收发装置，包括收发信机，和连接收发信机的远程功放装置；
5.收发信机包括依次连接的微机控制模块、数字处理模块、射频处理模块和功放模组；微机控制模块分别与射频处理模块、功放模组、远程功放装置相连接；远程功放装置连接功放模组；功放模组、远程功放装置分别用于连接天线；
6.其中，微机控制模块输出音频信号；数字处理模块采用上变频处理音频信号，输出射频信号；射频处理模块对射频信号进行射频放大，输出射频激励信号；功放模组对射频激励信号依次进行功率放大和阻抗匹配处理后由天线射出，并输出处理后的射频激励信号；远程功放装置对处理后的射频激励信号依次进行功率放大、谐波滤波及阻抗匹配后由天线射出。
7.在其中一个实施例中，还包括分别连接微机控制模块、数字处理模块、射频处理模块的频率合成模块；
8.数字处理模块包括中频数字化电路，分别连接微机控制模块、中频数字化电路的高速调制解调器电路，以及分别连接微机控制模块、中频数字化电路的低速调制解调器电路；中频数字化电路连接在微机控制模块和射频处理模块之间；
9.频率合成模块根据基准时钟频率，向高速调制解调器电路输出高速调制解调时钟频率，以及向低速调制解调器电路输出低速调制解调时钟频率；
10.微机控制模块输出换频信息；频率合成模块接收到换频信息时，向射频处理模块输出本振信号；射频处理模块基于本振信号处理来自天线的射频信号。
11.在其中一个实施例中，中频数字化电路通过相应的电子开关分别连接高速调制解调器电路、低速调制解调器电路；
12.微机控制模块输出数字信息；高速调制解调器电路或低速调制解调器电路处理数字信息，输出模拟音频信号；中频数字化电路基于电子开关接收模拟音频信号，输出射频信
号；
13.其中，中频数字化电路包括第一d/a转换器、第一a/d转换器、dsp芯片、数字上变频器、数字下变频器、第二d/a转换器和第二a/d转换器；
14.第二a/d转换器的输入端连接射频处理模块，输出端通过数字下变频器连接dsp芯片；dsp芯片连接第一d/a转换器的输入端；第一d/a转换器的输出端输出音频信号；
15.第一a/d转换器的输入端连接微机控制模块，输出端通过dsp芯片连接数字上变频器的一端；数字上变频器的另一端连接第二d/a转换器的输入端；第二d/a转换器的输出端连接射频处理模块。
16.在其中一个实施例中，频率合成模块包括dds电路、pll电路、环路滤波器和压控振荡器；pll电路包括可编程器件；其中，dds电路与射频处理模块相连接；
17.可编程器件的一端连接微机控制模块，另一端连接dds电路；环路滤波器连接在dds电路和压控振荡器之间；压控振荡器分别连接高速调制解调器电路、低速调制解调器电路。
18.在其中一个实施例中，射频处理模块包括发射通路和接收通路；
19.发射通路包括依次连接的第一射频放大器、第二射频放大器；发射通路还包括alc控制电路、调谐控制电路；alc控制电路的一端连接微机控制模块，另一端通过调谐控制电路分别连接第一射频放大器、第二射频放大器；其中，第一射频放大器的输入端连接数字处理模块，输出端通过第二射频放大器连接功放模组；
20.接收通路包括依次连接的平衡混频器、中频放大电路；中频放大电路包括agc控制电路、以及均连接agc控制电路的中频滤波器和中频放大器；平衡混频器的第一输入端用于连接天线，第二输入端连接频率合成模块，输出端通过中频滤波器连接中频放大器的输入端；中频放大器的输出端与数字处理模块相连接。
21.在其中一个实施例中，功放模组包括均连接微机控制模块的天线调谐模块、功放谐波模块；
22.功放谐波模块的输入端连接射频处理模块，输出端连接天线调谐模块；天线调谐模块的输出端连接远程功放装置、且用于连接天线。
23.在其中一个实施例中，
24.功放谐波模块包括依次连接的功率放大器、谐波滤波器和功率检测器；功率放大器的输入端连接射频处理模块，功率检测器的输出端连接天线调谐模块；谐波滤波器与微机控制模块相连接；
25.其中，功率放大器的推动放大器包括甲类放大器，功率放大器的末级放大器包括甲乙类推挽功率放大器；谐波滤波器包括依据工作带宽得到的5段五阶椭圆低通滤波器；工作带宽为200khz～1mhz；
26.天线调谐模块包括连接微机控制模块的天调网络控制电路，和连接天调网络控制电路的天调检测电路；
27.其中，天调检测电路对射频激励信号进行取样和整流滤波后，传输给天调网络控制电路进行阻抗匹配。
28.在其中一个实施例中，远程功放装置包括均连接微机控制模块的功率放大器、天线调谐器；功率放大器连接在功放模组和天线调谐器之间；天线调谐器用于连接天线；
29.功率放大器包括功率放大模块和谐波滤波模块；天线调谐器包括天调控制模块和天调网络模块；
30.功率放大模块的一端连接功放模组，另一端连接谐波滤波模块的一端；谐波滤波模块的另一端连接天调网络模块的一端；天调网络模块的另一端连接天调控制模块；微机控制模块分别连接天调控制模块、功率放大模块和谐波滤波模块。
31.在其中一个实施例中，功率放大模块包括ab类功率放大器；谐波滤波模块包括谐波滤波电路和功率检测电路；天调网络模块包括电流检测电路和调谐匹配网络；
32.谐波滤波电路分别连接微机控制模块、ab类功率放大器及功率检测电路；功率检测电路与电流检测电路相连接；
33.电流检测电路对功率检测电路输出的射频信号进行取样和整流滤波，输出取样电压；天调控制模块处理取样电压，并采用调谐算法调整调谐匹配网络的网络参数、以进行阻抗匹配。
34.在其中一个实施例中，还包括面板；
35.面板通过通信连接器或通信设备接口连接收发信机。
36.一种无线收发装置的信号处理方法，用于上述的无线收发装置，包括以下步骤：
37.接收输入信号；
38.采用本地chirp信号与输入信号相乘，输出相关值，直至相关值的最大峰值出现时，确认同步时刻；
39.采用最佳非相干检测解调并判决mfsk信号；其中，采用最佳非相干检测解调并判决mfsk信号的步骤包括：获取输入信号与本地各通路中每一通路的正交载波的积分和，确定正弦和余弦支路积分的平方和，并比较判决，将输出的最大支路对应频率确认为发送频率。
40.一种通信设备，包括上述的无线收发装置。
41.上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
42.本技术无线收发装置，包括收发信机，和连接收发信机的远程功放装置；而收发信机包括依次连接的微机控制模块、数字处理模块、射频处理模块和功放模组；其中，微机控制模块输出音频信号，经数字处理模块、射频处理模块的处理后，由功放模组、远程功放装置射出，使得电路间的匹配状态与信号控制流程均为优化后的最佳状态；本技术具有超强的抗干扰能力和土层穿透能力，相对其他无线通信设备具有效率高、稳定性好、穿透力强；本技术具有超高收发效率，引入噪声低、信号失真小、以最优的信道质量在最大限度范围内确保弱信号解调，可对噪声以下负几十db微弱信号进行解析，从而增强信号接收能力。
附图说明
43.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
44.图1为一个实施例中无线收发装置的应用环境图；
45.图2为一个实施例中无线收发装置结构示意图；
46.图3为一个实施例中无线收发装置的微机控制模块结构示意图；
47.图4为另一个实施例中无线收发装置结构示意图；
48.图5为一个实施例中无线收发装置的功放谐波模块结构示意图；
49.图6为一个实施例中中长波天线特性示意图；
50.图7为一个实施例中天线调谐器硬件原理框图；
51.图8为一个实施例中无线收发装置的具体结构示意图；
52.图9为一个实施例中无线收发装置的频率合成模块结构示意图；
53.图10为一个实施例中无线收发装置的数字处理模块结构示意图；
54.图11为一个实施例中无线收发装置的射频处理模块结构示意图；
55.图12为一个实施例中无线收发装置的面板结构示意图；
56.图13为一个实施例中chirp信号的最佳相干检测示意图；
57.图14为一个实施例中相位误差影响性能的示意图；
58.图15为mfsk信号的最佳相干检测示意图。
具体实施方式
59.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
60.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
61.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
62.可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
63.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
64.目前建立地下与地面通信的常规手段主要为有线通信设备，一旦发生意外如：矿井/隧道坍塌、冒顶、瓦斯爆炸等事故发生，极易造成有线电缆断裂，导致设备无法正常工作，使得地下与地面之间无法取得联络；而同类无线通信设备对土层的穿透能力弱，需要多层中继进行中转；此外，同类装置抗干扰能力弱、解调灵敏度差，只能对噪声以上的信号进行解析，无法正确解调噪声以下的微弱信号，且微弱信号一旦外界强干扰很难接收到信号。
65.而本技术可运用于中长波通信，由于中长波的地波传播衰减较小、绕射能力较强，本技术适宜在山岳丛林、隧道矿井地带进行几十公里范围内稳定可靠的地波通信，可克服超短波通信的盲区及短波通信的静区。进一步的，无线收发装置与无线收发装置间，可在频
率重合范围内和一定距离上建立低速报通信。本技术以车载使用和背负使用为主，可在地面与地面、地下与地下及地面与地下之间建立抗干扰无线通信链路，并可以运用于矿井、隧道在突发事故下与地面取得应急联络所使用。
66.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
67.本技术提供的无线收发装置，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，本技术主机可以为10w装置(即收发信机)，进而可配备1000w功放(即远程功放装置)形成1000w装置(即无线收发装置)以增加通信距离。而1000w装置间不但可建立点对点联系，也可用于组网协同通信。
68.在一个实施例中，如图2所示，提供了一种无线收发装置，以该装置应用于图1为例进行说明，包括收发信机，和连接收发信机的远程功放装置；
69.收发信机包括依次连接的微机控制模块、数字处理模块、射频处理模块和功放模组；微机控制模块分别与射频处理模块、功放模组、远程功放装置相连接；远程功放装置连接功放模组；功放模组、远程功放装置分别用于连接天线；
70.其中，微机控制模块输出音频信号；数字处理模块采用上变频处理音频信号，输出射频信号；射频处理模块对射频信号进行射频放大，输出射频激励信号；功放模组对射频激励信号依次进行功率放大和阻抗匹配处理后由天线射出，并输出处理后的射频激励信号；远程功放装置对处理后的射频激励信号依次进行功率放大、谐波滤波及阻抗匹配后由天线射出。
71.具体而言，本技术中的收发信机可以指收信和发射两部分都装置在一个机箱或机架上的通信设备。如图2所示，本技术中的收发信机可以包括依次连接的微机控制模块、数字处理模块、射频处理模块和功放模组；微机控制模块分别与射频处理模块、功放模组、远程功放装置相连接；远程功放装置连接功放模组；功放模组、远程功放装置分别用于连接天线；
72.进一步的，如图3所示，本技术中微机控制模块可以包括处理器(cpu，central processing unit)、逻辑控制芯片(cpld)、以及参数存储芯片，并配合一系列接口电路，可以接收来自面板的指令，从而完成对数字信号处理模块、功放模组、远程功放装置等模块的控制功能，并完成本技术无线收发装置的自检工作。在一个具体的示例中，微机控制模块可以接收来自面板的指令，并完成对频率合成模块的控制功能。
73.其中，cpld可以用于完成分频、地址译码、片选、扩展并行数据口、逻辑组合等功能。cpld对系统时钟进行分频后，分别为各种接口芯片、ad/da转换芯片提供工作时钟；结合总线的地址线进行地址译码，为各种接口芯片提供片选信号；并可扩展4个八位的并行数据口，具有输入和输出功能，为其他模块提供并行的控制信号；同时为系统提供复位信号和中断信号。
74.cpu和面板可以采用串口进行通信；其中，接口电平可以采用485电平，通过接口芯片进行电平转换，再送入单片机的串口，进而实现数据的通信，从而保证面板的远距离遥控功能。
75.存贮器件可用于存贮无线收发装置当前各种工作状态和参数等，保证关机时以上
参数能够保存，供下次开机时调用相应参数。
76.而无线收发装置的自检功能可以通过微机控制模块中的a/d转换器件对各个单元模块送过来的自检信号进行采样，再通过cpu对采样数据进行判断，实现无线收发装置对各单元的自检操作，并上报给面板完成结果显示。
77.进一步的，本技术中的微机控制模块同时还可完成接收/发射话筒音频的放大功能，以及为面板和收发信机内各单元分别提供独立的 5v直流电源，可实现远距离遥控时的遥控开/关机功能。
78.本技术中数字处理模块，接收到从微机控制模块发射的音频信号，可以采用发射通路a/d进行采样，对得到的数字信号采用dsp(digital signal processor，数字信号处理)进行处理，再经上变频器进行数字上变频，由d/a器件进行数模转换成为发射需要的射频信号的频率，输出至射频处理模块。
79.本技术中的射频处理模块，可以将来自数字处理模块直接上变频来的200khz～1mhz射频信号进行放大，得到足够的激励信号后，提供给功放模组进行功率放大。其中，对射频信号进行放大，可以采用相应的射频放大器予以实现。
80.在一个具体的实施例中，如图4所示，本技术中的功放模组可以包括均连接微机控制模块的天线调谐模块、功放谐波模块；
81.功放谐波模块的输入端连接射频处理模块，输出端连接天线调谐模块；天线调谐模块的输出端连接远程功放装置、且用于连接天线。
82.在其中一个实施例中，功放谐波模块可以包括依次连接的功率放大器(图4中未示出，图4中的功率放大器归属于远程功放装置)、谐波滤波器和功率检测器；功率放大器的输入端连接射频处理模块，功率检测器的输出端连接天线调谐模块；谐波滤波器与微机控制模块相连接；
83.其中，功率放大器的推动放大器可以包括甲类放大器，功率放大器的末级放大器包括甲乙类推挽功率放大器；谐波滤波器包括依据工作带宽得到的5段五阶椭圆低通滤波器；工作带宽为200khz～1mhz；
84.天线调谐模块可以包括连接微机控制模块的天调网络控制电路，和连接天调网络控制电路的天调检测电路；
85.其中，天调检测电路对射频激励信号进行取样和整流滤波后，传输给天调网络控制电路进行阻抗匹配。
86.具体而言，功放谐波模块可以为10w功放谐波模块，如图5所示，功放谐波模块可以包括单级场效应管功率放大器、谐波滤波器和正反向功率检测器；
87.其中，功率放大器的推动级可以由射频功放管及其外围电路构成甲类放大器，互调失真很小，功率增益为17db。通过三端稳压器件将发射时送来的 12v电压稳压成5v，再经电阻和电位器分压后，作为功放管的偏置电压。
88.而功率放大器的末级放大可以由两个配对的mosfet放大管构成甲乙类推挽工作模式，既可保证互调指标，又可提高功率放大器效率，降低工作时产生的热量，同时对偶次谐波有较好的抑制，末级功放的功率增益为15db。通过三端稳压器件将发射时送来的 12v电压稳压成 8v，再经电阻和电位器分压后，分别为功放对管提供偏置电压。
89.而谐波滤波器按照工作带宽(200khz～1mhz)，可以设计为5段五阶椭圆低通滤波
器，如图5所示。通过微机控制模块根据不同的工作频率选择相应的波段。滤波电感选用多股漆包线绕制的空心电感，提高回路的q值，减少滤波器的损耗，波段控制继电器选磁保持继电器，该继电器可在断电后保持原工作状态，能减少电池的用电。
90.进一步的，图5所示，功率检测电路提供用于控制输出功率的alc检测电平，同时提供功率指示所需电平。
91.此外，天线调谐模块可以为10w天线调谐模块，天线调谐模块可以包括天调网络和天调检测两部分电路构成，即天调网络控制电路和天调检测电路(图4中未示出)；其中，天调调谐算法和天调网络控制由微机控制模块实现。
92.天线调谐模块主要功能在于对天线及收发信机都能做到阻抗匹配，使之能够与收发信机匹配连接并有效地将功率由天线发射出去，减少由于天线对收发信机不匹配而造成的功率损耗。
93.在一个具体的实施例中，如图4所示，远程功放装置可以包括均连接微机控制模块的功率放大器、天线调谐器；功率放大器连接在功放模组和天线调谐器之间；天线调谐器用于连接天线；
94.功率放大器可以包括功率放大模块和谐波滤波模块(图4中未示出)；天线调谐器可以包括天调控制模块和天调网络模块(图4中未示出)；
95.功率放大模块的一端连接功放模组，另一端连接谐波滤波模块的一端；谐波滤波模块的另一端连接天调网络模块的一端；天调网络模块的另一端连接天调控制模块；微机控制模块分别连接天调控制模块、功率放大模块和谐波滤波模块。
96.在其中一个实施例中，功率放大模块包括ab类功率放大器；谐波滤波模块包括谐波滤波电路和功率检测电路；天调网络模块包括电流检测电路和调谐匹配网络；
97.谐波滤波电路分别连接微机控制模块、ab类功率放大器及功率检测电路；功率检测电路与电流检测电路相连接；
98.电流检测电路对功率检测电路输出的射频信号进行取样和整流滤波，输出取样电压；天调控制模块处理取样电压，并采用调谐算法调整调谐匹配网络的网络参数、以进行阻抗匹配。
99.具体而言，远程功放装置中功率放大器的功率放大模块可以为1000w功率放大模块，其中，功率放大模块可以为单级200khz～1mhz宽带功率放大器，主要完成输出1000w功率，其激励信号由10w收发信机产生，完成功率放大后输出至1000w谐波滤波模块(即谐波滤波模块)进行处理。
100.在一个具体的示例中，功率放大模块，即1000w功率放大模块，可以为ab类功率放大器，其输入、反馈和输出均采用宽带变压器连接，通过设计，变压器的工作频率选择在200khz～1mhz范围内，在此段频率损耗最小，效率最高。
101.其中，输入信号通过宽带变压器实现前后级的匹配。功放管采用封装双放大管，构成ab类推挽放大器，可以提供较好的散热特性和较好的对称性，通过和外围电路连接，有较高的效率。功放管偏置电压通过输出可调集成稳压电路实现，可通过电位器调整输出电压，为功放管提供稳定的偏置电压。为了保证功率放大器稳定工作，放大器加入了负反馈电路。
102.而谐波滤波模块可以为1000w谐波滤波模块；其中，1000w谐波滤波模块可以包括谐波滤波电路和功率检测电路。
103.其中，谐波滤波电路可以按照工作带宽(200khz～1mhz)设计为5段五阶椭圆低通滤波器，椭圆函数滤波电路有较陡峭滚降的特点，可以用较少的波段覆盖较宽的工作频率。滤波电感采用空芯绕制而成，可以避免磁性材料带来的损耗，同时具有较高的稳定性。滤波器波段划分为五组，频率划分可以参阅前文(10w功放谐波模块)。各波段通路的选择是通过微机控制模块对各波段的继电器进行控制来实现。
104.而滤波器输出端接功率检测电路，检测正反向功率电平，功率检测电路提供用于控制输出功率的alc检测电平，同时提供功率指示所需电平。正反向功率检测通过定向耦合器实现，取样输出的射频信号通过检波二极管和电容器进行整流滤波后，作为alc电平输出至射频处理模块，控制1000w通信设备输出功率的大小。
105.进一步的，天线调谐器可以包括天调控制模块和天调网络模块；而天调网络模块包括电流检测电路和调谐匹配网络；
106.具体而言，1000w自动天线调谐器(即天线调谐器)可以包括1000w天调控制模块(即天调控制模块)和1000w天调网络模块(即天调网络模块)。
107.其中，1000w天调控制模块主要用于实现1000w天调的调谐算法和对1000w天调网络模块的控制，并向收发信机上报调谐状态。1000w天调控制模块可以包括微处理器(cpu)、可编程gal(可编程通用逻辑器件)器件、a/d转换芯片和串口接口芯片，以及外围电路。
108.其中，cpu是天调控制模块的核心，用于实现和收发信机之间的通信、天调调谐算法程序的运行和天调网络单元的控制等功能；串口接口芯片用于完成232串口控制信号的电平转换，实现收发信机到天调的远距离控制；a/d转换芯片主要用于对天调网络模块调谐检测电平进行采样，并将采样数据提供给cpu进行计算，并控制调谐网络完成天线的匹配工作；gal器件主要是完成单元内的各种逻辑处理。
109.进一步的，1000w天调网络模块可以包括检测电路(即电流检测电路)和调谐匹配网络。调谐启动时，主机输出小功率的射频信号，通过检测电路对射频信号进行取样和整流滤波，并将该取样电压输出至天调控制模块进行处理；天调控制模块对该取样电压进行计算，并根据调谐算法调整网络参数，最终达到和天线之间的阻抗匹配。
110.需要说明的是，本技术还提供了一种天线调谐方案(可以涉及前文中的天线调谐模块、天线调谐器等)，具体而言，本技术中的自动天线调谐器可以包括电感电容调谐网络、阻抗变换器、电流检测器、驻波比检测器、阻抗检测器、天调控制单元和继电器驱动电路，其主要功能是完成调谐检测，逻辑控制以及调谐回路参数调谐和储存，使天线呈现在功放输出口的阻抗为50ω的匹配输出阻抗以保证最大的功率输出和辐射效率。
111.1000w通信设备的工作频段可以是200khz～1mhz，对此，本技术提出对配谐网络和检测电路做相应的修改，以适应新的工作频率。
112.(1)设计原理：中长波频段的天线特性是一个只有一个最大点的单峰曲线，它的频带较窄，特性相对简单(参阅图6)，基于该特点，本技术对无线收发装置的天线调谐器进行了优化设计。
113.功率放大器在50ω纯阻负载的情况下输出功率最大，而本技术提出通过天调网络使功率放大器与天线匹配，尽可能的达到50ω纯阻状态。
114.(2)硬件原理：如图7所示，射频信号先通过电流检测器，检测出来的电流转化为电压，再经a/d采样为数字信号送单片机进行相应的处理，用于控制天调匹配网络，达到最佳
匹配效果。
115.(3)调谐算法：本技术中涉及的中长波调谐算法，可以包括天调粗调，细调纠偏，阻抗变换，二次细调四个部分。具体而言：
116.①
天调粗调过程；
117.将总调谐电感量分为15段，即16个点，0(0μh)，1(64μh)，2(128μh)
……
，采用依次取点的方法对这16个点进行处理，找到最大点(如果最大点在前方，则后面的点不必取)，然后根据最大点的状态不同分别处理：
118.a)如果最大点就是第0点，说明此天线呈感性或纯阻，接入第一档大电容；b)重复前面的过程，如果最大点依然是第0点，则换第二档电容；c)重复前面的过程。
119.②
细调纠偏过程；
120.本过程可以采用小步进的二分法，纠正因阻抗变换器的接入而引起的最大点偏移，提高调谐精度。
121.③
阻抗变化过程；
122.本过程可以用来完成阻抗匹配。
123.a)当最大点的检测电平低于标准调谐电平时，天线呈高阻(＞50ω)，通过阻抗变换器将阻抗调低；b)当最大点的检测电平高于标准调谐电平时，天线呈低阻(＜50ω)，通过阻抗变换器将阻抗调高。
124.④
二次细调；
125.重复细调纠偏过程，使调谐更加精确。假定需要n处理个点，它们具有单峰性，则处理第n个点的过程是：a)取得对应于第n点的参考值，假定为f(n)；b)将这n个参考值与第n-1点的参考值相比较。如果f(n)≥f(n-1)，则保留f(n)并继续第n 1点。否则，保留f(n-1)以及n-1。
126.以上，本技术无线收发装置，可使用随机配备的电池独立使用，不受外界环境限制，携带方便、操作简单、性能可靠。本技术的工作频段可以为200khz～1mhz，具有超强的抗干扰能力和土层穿透能力，相对其他无线通信设备具有效率高、稳定性好、穿透力强。本技术具有超高收发效率，引入噪声低、信号失真小、以最优的信道质量在最大限度范围内确保弱信号解调，本装置可对噪声以下负几十db微弱信号进行解析，从而增强信号接收能力。本技术提供了一种基于弱信号解调超高灵敏度的无线收发装置，可对噪声以下负几十db微弱信号进行正确收发，即负几十db的解调灵敏度。
127.在一个实施例中，如图8所示，提供了一种无线收发装置，以该装置应用于图1为例进行说明，包括收发信机，和连接收发信机的远程功放装置；
128.收发信机包括依次连接的微机控制模块、数字处理模块、射频处理模块和功放模组；微机控制模块分别与射频处理模块、功放模组、远程功放装置相连接；远程功放装置连接功放模组；功放模组、远程功放装置分别用于连接天线；
129.在一个具体的实施例中，如图8所示，还包括分别连接微机控制模块、数字处理模块、射频处理模块的频率合成模块；
130.数字处理模块包括中频数字化电路，分别连接微机控制模块、中频数字化电路的高速调制解调器电路，以及分别连接微机控制模块、中频数字化电路的低速调制解调器电路；中频数字化电路连接在微机控制模块和射频处理模块之间；
131.频率合成模块根据基准时钟频率，向高速调制解调器电路输出高速调制解调时钟频率，以及向低速调制解调器电路输出低速调制解调时钟频率；
132.微机控制模块输出换频信息；频率合成模块接收到换频信息时，向射频处理模块输出本振信号；射频处理模块基于本振信号处理来自天线的射频信号。
133.在一个具体的实施例中，中频数字化电路通过相应的电子开关分别连接高速调制解调器电路、低速调制解调器电路；
134.微机控制模块输出数字信息；高速调制解调器电路或低速调制解调器电路处理数字信息，输出模拟音频信号；中频数字化电路基于电子开关接收模拟音频信号，输出射频信号；
135.其中，中频数字化电路包括第一d/a转换器、第一a/d转换器、dsp芯片、数字上变频器、数字下变频器、第二d/a转换器和第二a/d转换器；
136.第二a/d转换器的输入端连接射频处理模块，输出端通过数字下变频器连接dsp芯片；dsp芯片连接第一d/a转换器的输入端；第一d/a转换器的输出端输出音频信号；
137.第一a/d转换器的输入端连接微机控制模块，输出端通过dsp芯片连接数字上变频器的一端；数字上变频器的另一端连接第二d/a转换器的输入端；第二d/a转换器的输出端连接射频处理模块。
138.在一个具体的实施例中，频率合成模块包括dds电路、pll电路、环路滤波器和压控振荡器；pll电路包括可编程器件；其中，dds电路与射频处理模块相连接；
139.可编程器件的一端连接微机控制模块，另一端连接dds电路；环路滤波器连接在dds电路和压控振荡器之间；压控振荡器分别连接高速调制解调器电路、低速调制解调器电路。
140.在一个具体的实施例中，射频处理模块可以包括发射通路和接收通路；
141.发射通路包括依次连接的第一射频放大器(即射频放大器1)、第二射频放大器(即射频放大器2)；发射通路还包括alc控制电路、调谐控制电路；alc控制电路的一端连接微机控制模块，另一端通过调谐控制电路分别连接第一射频放大器、第二射频放大器；其中，第一射频放大器的输入端连接数字处理模块，输出端通过第二射频放大器连接功放模组；
142.接收通路包括依次连接的平衡混频器、中频放大电路；中频放大电路包括agc控制电路、以及均连接agc控制电路的中频滤波器和中频放大器；平衡混频器的第一输入端用于连接天线，第二输入端连接频率合成模块，输出端通过中频滤波器连接中频放大器的输入端；中频放大器的输出端与数字处理模块相连接。
143.具体而言，本技术中的频率合成模块可以如图9所示，频率合成模块可以包括基准时钟频率合成模块和本振输出频率合成模块，主要完成接收本振信号、高速调制解调器和低速调制解调器基准时钟的频率合成。
144.1)接收本振信号；
145.本振信号频率合成模块可以采用dds(direct digital synthesis，直接数字频率合成)通过16.384mhz直接分频输出，输出频率为5.2mhz～6.0mhz，fpga接收到微机控制模块的换频信息后，控制dds的分频比，使dds输出本振频率，通过放大、滤波之后输出至射频处理模块。
146.2)高速调制解调器和低速调制解调器基准时钟
147.高速和低速调制解调器基准时钟频率合成模块可以采用dds pll(phase locked loop，锁相回路或锁相环)。其中，fpga通过内部程序分别作为锁相环中的分频器和鉴相器，将基准时钟16.384mhz进行分频作为鉴相器的参考频率，并和dds分频输出的频率进行鉴相，再通过运放构成的环路滤波器输出压控电压，控制压控振荡器输出最终的频率，分别提供给dds作为参考频率和数字处理模块相应的调制解调器电路。其中dds的分频比由fpga进行控制。
148.频率合成模块还可以包含直流稳压电路，可以将 24v转换为 12v供收发信机内其他模块使用。
149.进一步的，如图10所示，数字处理模块可以包括中频数字化部分、高速调制解调器部分和低速调制解调器部分；
150.其中，中频数字化部分(即中频数字化电路)可以包括：
151.发射通路：从微机控制模块来的发射音频信号经过电子开关进行选择，再经过发射通路a/d采样后，将数字信号送给dsp进行处理之后，再经上变频器进行数字上变频，由d/a器件进行数模转换成为发射需要的射频信号的频率，输出至射频处理模块。
152.接收通路：从射频处理模块送出来的5mhz中频信号由a/d转换芯片将模拟信号转为数字信号，再由下变频器进行数字下变频，再将实分量与正交分量数据送给dsp处理之后，经过d/a完成数模转换成为音频信号输出。
153.进一步的，高速调制解调器部分(即高速调制解调器电路)可以包括：
154.发射部分：由微机控制模块通过串口发送过来的数字信息通过串口扩展芯片接收后送到数字信号处理芯片(dsp)进行数字调制，再通过d/a转换成为模拟音频信号，再通过开关根据工作状态选择，最后进入中频数字化部分电路进行处理。
155.接收部分：由中频数字化部分产生的接收音频信号经电子开关选择后，进入a/d转换，再通过dsp芯片进行数字解调，产生数字信号通过串口提供给微机控制模块进行处理。
156.此外，低速调制解调器部分(即低速调制解调器电路)可以包括：
157.发射部分：由微机控制模块通过串口发送过来的数字信息通过串口扩展芯片接收后送到数字信号处理芯片(dsp)进行数字调制，再通过d/a转换成为模拟音频信号，再通过开关根据工作状态选择，最后进入中频数字化部分电路进行处理。
158.接收部分：由中频数字化部分产生的接收音频信号经电子开关选择后，进入a/d转换，再通过dsp芯片进行数字解调，产生数字信号通过串口提供给微机控制模块进行处理。
159.如图11所示，本技术中的射频处理模块的发射通路可以包括：两级甲类场效应管放大电路、alc(automatic level control，自动电平控制)控制电路、调谐控制电路；射频处理模块的接收通路可以包括：agc(automatic gain control，自动增益控制)控制电路、平衡混频器、中频放大电路。
160.发射状态时：来自数字处理模块直接上变频来的200khz～1mhz射频信号进行放大，得到足够的激励信号后，提供给功放模块进行功率放大，同时通过谐波输出端取样得到的alc控制电压，实现无线收发装置的功率控制，其中无线收发装置的功率等级控制由微机控制模块对alc电路的工作点控制来实现。
161.接收状态时：来自天线的200khz～1mhz射频信号，首先通过射频前端的低通滤波器滤除带外无用信号，然后进入混频器，与来自频率合成模块的本振信号进行混频之后产
生5mhz的中频信号，再进入中频放大和窄带滤波后，输出至数字处理模块。中频放大电路包含两级带增益控制的放大器电路，通过对中频输出信号幅度的取样，分别控制两级放大电路的增益，实现无线收发装置的接收agc控制。
162.在一个具体的实施例中，如图8所示，本技术无线收发装置还可以包括面板；面板可以通过通信连接器或通信设备接口连接收发信机。
163.具体地，如图12所示，面板可以为遥控面板；遥控面板可以包括主控板、通信连接器、电池和充电器。在使用过程中，当近距离遥控使用或与收发信机固定连接使用时，遥控面板通过通信连接器或通信设备接口从收发信机取电，并完成通信的功能，当进行远距离遥控时，面板通过通信连接器与收发信机通信，所需电源通过电池获得。
164.如图12所示，遥控面板可以包括主控板、显示器和键盘、声码话板、电源板、k口板(选配)。其中，主控板是面板的控制中心，其它部件均与其相连。它主要由一块多层电路板及各种元器件组成。电路板对外通过接插件分别连接到：键盘、显示器、声码话板、蜂鸣器、rs-232计算机/传真机接口、rs-485接口、耳机/话筒组接口。
165.电源模块主要完成整个系统的供电功能，还可以通过主控板的消息调整led液晶屏的供电电压来控制led液晶屏的对比度。
166.面板上的键盘模块通过i2c总线与主控板相连。将输入的键盘信号转换成i2c总线信号，交由主控模块进行处理。
167.显示器模块通过4位的数据总线以及场，行同步，使能信号与主控板相连，显示模块的电源由电源板提供。声码话板，k口板接口通过串行总线与主控板进行连接。同时主控板对外提供rs-485接口，rs-232计算机/传真接口，完成与外界的通信功能。
168.需要说明的是，本实施例中涉及到的部分模块，其功能和结构可参阅前文实施例中的论述，此处不再赘述。
169.以上，本技术可以使得电路间的匹配状态与信号控制流程均为优化后的最佳状态；本技术可使用随机配备的电池独立使用，不受外界环境限制，携带方便、操作简单、性能可靠。本技术的工作频段可以为200khz～1mhz，具有超强的抗干扰能力和土层穿透能力，相对其他无线通信设备具有效率高、稳定性好、穿透力强。本技术具有超高收发效率，引入噪声低、信号失真小、以最优的信道质量在最大限度范围内确保弱信号解调，本装置可对噪声以下负几十db微弱信号进行解析，从而增强信号接收能力。本技术提供了一种基于弱信号解调超高灵敏度的无线收发装置，可对噪声以下负几十db微弱信号进行正确收发，即负几十db的解调灵敏度。
170.在一个实施例中，如图8所示，提供了一种通信设备，可以包括上述的无线收发装置。
171.在一个实施例中，提供了一种无线收发装置的信号处理方法，用于上述的无线收发装置，可以包括以下步骤：
172.接收输入信号；
173.采用本地chirp信号与输入信号相乘，输出相关值，直至相关值的最大峰值出现时，确认同步时刻；
174.采用最佳非相干检测解调并判决mfsk信号；其中，采用最佳非相干检测解调并判决mfsk信号的步骤包括：获取输入信号与本地各通路中每一通路的正交载波的积分和，确
定正弦和余弦支路积分的平方和，并比较判决，将输出的最大支路对应频率确认为发送频率。
175.具体而言，有关信号处理，本技术可以采用chirp同步方案、mfsk(多进制频移键控)解调方案、编译码方案和天线调谐方案；其中，天线调谐方案前文中已介绍，此处不再重复赘述。
176.针对chirp同步方案，本技术无线收发装置可以采用具有良好的自相关特性的chirp信号作为系统同步信号，采用最佳相干检测技术实现chirp同步，如图13所示。外界信号经接收机输入(即输入信号)，与本地chirp信号相乘，经积分相关器输出相关值。当呼叫同步chirp信号与本地chirp信号完全对准时，积分相关器输出最大峰值，此时刻即可作为同步时刻。
177.其中，为进一步提高chirp信号的同步性能，并克服最佳相干检测存在的相位敏感性问题，本技术提出可以采用双chirp同步和包络平滑技术。
178.对于chirp信号而言，同步误差对系统误码率会产生较大影响；如图14所示，当相邻码元的极性无交变时，同步信号的相位误差不影响取样点的积分能量值，在该点的取样值仍为整个码元能量e，图14(c)中的t4和t6时刻就是这种情况。
179.但是，相邻码元有数据变化时，位同步信号的相位误差就使取样点的积分能量减小，看图14(c)的波形，从t1到t3为一个码元时间t，第二个码元信号为0，若没有相位误差，从t1起对“0”信号积分一直到t3，取样值就应为-e；但现在由于有同步误差t
c
，从t1到t2这段时间的积分值为零，因而取样点t3的值只是(t-2t
c
)时间内的积分值。由于积分能量与时间成正比，故积分能量减小为(1-2t
c
/t)e。
180.通常，随机二进制数字信号相邻码元有数据变化和无变化的概率大约各占1/2。相邻码元无数据变化的那部分信号，由于取样点的积分值没受影响。误码率仍可用误码率公式进行计算；而对相邻码元有数据变化的那部分信号，则原公式中的码元能量e应该用(1-2t
c
/t)e代替。这样，以二进制信号为例，本技术中有相位误差时的误码率公式可以为：
[0181][0182]
针对mfsk解调方案，如图15所示，本技术提出采用最佳非相干检测完成mfsk信号的解调与判决。
[0183]
具体而言，首先可以获取输入信号与本地16个通路每一通路的正交载波的积分和，计算正弦和余弦支路积分的平方和，比较判决，输出最大支路对应频率即为发送频率。
[0184]
本技术可以采用三重时频分集和等增益合并技术以克服雷电干扰和单频干扰，同时，为提高抗单频干扰能力，本技术提出了软判决方案。具体地，本技术提出在通信设备中采用mfsk作为调制方式。而mfsk调制具有适应调制速率较低及多径延时比较严重的信道，并且可以使用非线性功放而不会引起性能的降低。
[0185]
在一个示例中，将mfsk解调端接收到的信号看作是高斯噪声条件下的随机相位信号，以下给出在此条件下的最佳接收形式。
[0186]
首先，以具有随机相位的2fsk(frequency shift keying，二进制数字频率调制，
即二进制频移键控)信号为例展开分析。设发送的两个随相信号为：
[0187][0188][0189]
其中和在区间[0,2π]上服从均匀分布。和持续时间为t，且能量相等，即：
[0190][0191]
加上高斯白噪声后，接收机输入端的信号为：
[0192][0193]
为了求出接收机输入端对两种信号的似然函数，先求出在给定相位和的条件下关于y(t)的条件似然函数和即
[0194][0195][0196]
采用概率论可得，要消除相位的影响，可以通过对其进行求平均处理。通过一系列的变换后，出现s1(t)时，y(t)的似然函数为：
[0197][0198]
同样，出现s2(t)时，y(t)的似然函数为：
[0199][0200]
其中：
[0201][0202]
[0203][0204]
假设发送信号和的先验概率相等，采用最大似然准则对观察空间样值作出判决，即判为s1、判为s2，可得：m1>m2判为s1、m1<m2判为s2，这也就是前述最佳非相干检测完成mfsk信号的解调与判决。本技术采用这种解调方法，可以使系统的接收误码率降至最低。
[0205]
针对编译码方案，本技术采用前向纠错加反馈重传的混合差错控制技术(hec，hybrid error control)，进而提高系统通信的可靠性。具体的，本技术提出前向纠错采用适应地下通信信道特点的编码技术“模16，0校验，矩形码”(简称“矩形码”)实现。
[0206]
采用矩形码的编译码方案可纠一个字符错，部分两个字符错。矩形码中，矩阵的大小可以根据报文的长短进行调整，避免了分组码中补零的问题。使得本技术可以适应比较短的报文。
[0207]
本技术作为一种应急系统，能够在保证信息传输可靠的同时，尽量提高系统的时效性。具体地，本技术设计了三种通信速率，也就是在信道条件比较好的时候，采用较高的通信速率进行通信，而在信道条件比较差的时候，采用较低的通信速率进行通信。由于模16矩形编码的矩阵越大，其码率越高，纠错、检错能力也就随之降低。反之，矩阵越小，其纠错、检错能力越强，码率也就随之降低。所以，根据矩形码的这种特性，编码矩阵的大小也随着信道的好坏选择不同的上限值(确定上限值主要是针对较长报文的情况而定的)。即：在信道好、速率高的情况下(此时误码率较低)，采用较大的矩阵(适用于长报文)，而在信道差、速率最慢的情况下，为了保证本技术具有较强的生命力，采用纠错能力较强的小矩阵进行编码，对较长报文分隔成多段，每段构成一个小的矩阵，从而保证本技术在环境比较恶劣的情况下，仍能进行通信联络(此时的通信是靠牺牲码率而换来的)。
[0208]
以上，本技术在信号处理中，提出采用chirp同步方案、mfsk调制解调等方案；一方面，本技术可使用随机配备的电池独立使用，不受外界环境限制，携带方便、操作简单、性能可靠。本技术的工作频段可以为200khz～1mhz，具有超强的抗干扰能力和土层穿透能力，相对其他无线通信设备具有效率高、稳定性好、穿透力强。本技术具有超高收发效率，引入噪声低、信号失真小、以最优的信道质量在最大限度范围内确保弱信号解调，本装置可对噪声以下负几十db微弱信号进行解析，从而增强信号接收能力。本技术提供了一种基于弱信号解调超高灵敏度的无线收发装置，可对噪声以下负几十db微弱信号进行正确收发，即负几十db的解调灵敏度。
[0209]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0210]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。