一种用于零中频接收机的连续波峰值捕获电路及方法与流程

1.本发明属于现场可编程门阵列开发技术领域，具体涉及一种用于零中频接收机的连续波峰值捕获电路。


背景技术：

2.无线电频谱是一种极其重要的战略资源，对无线电频谱进行认知和管控是非常必要的。而连续波峰值捕获电路在无线电频谱管理、无线电频谱干扰和抗干扰等领域都有重要的实际意义。
3.在传统模拟域进行信号最大值捕获往往需要繁杂的硬件电路，占用的体积较大且可靠性较低，同时还需要较大的人力物力投入，经济效益低下。
4.目前单片集成的零中频收发机已经较成熟，性能逐渐优异，产品也更可靠。而针对该类型收发机的峰值捕获电路必然是在数字域实现的。因此产业界对在数字域实现的能用于零中频接收机的连续波峰值捕获电路具有很大需求。并且在数字域实现的能用于零中频接收机的连续波峰值捕获电路未见公开。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对上述问题，提供一种用于零中频接收机的连续波峰值捕获电路及方法，可以在数字域实现且能用于零中频接收机的连续波峰值捕获电路，设计难度低、成本低、生产性好，研发周期短。
6.为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
7.一种用于零中频接收机的连续波峰值捕获电路，包括设置在fpga上的fpga输入端和fpga输出端，还包括设置于所述fpga上的控制模块、fft模块和峰值检测模块，所述fpga输入端包括fpga输入信号，所述fpga输入信号包括两个正交数字基带信号，所述控制模块输出控制信号至fft模块和峰值检测模块，所述fft模块输出信号至峰值检测电路，所述峰值检测电路连接所述fpga输出端。本发明fpga输入端包括两个正交数字基带信号，可以与正交解调的前级射频通道连接，因此现有零中频架构的单片集成收发机芯片可以与本发明用于零中频接收机的连续波峰值捕获电路相适配，这样就能够简化前端射频通道的设计；本发明是在fpga内对两个正交数字基带信号进行处理，从而可以实现信号检测，同时采用了控制模块、fft模块和峰值检测模块等基本模块，可以实现模块化设计，研究人员只需重点设计控制逻辑，从而降低了设计难度；此外，本发明在fpga中实现在大规模量产的情况下，成本较低。
8.进一步的，fpga输入端还包括输入至控制模块、fft模块和峰值检测模块的全局时钟信号(clk)和复位信号(rstn)，还包括输入至控制模块的fpga输入控制参数。
9.进一步的，fpga输入信号输入至fft模块，包括第一正交数字基带信号(i)和第二正交数字基带信号(q)，所述fpga输入控制参数包括检测周期(detp)、单个周期内fft次数(ctpc)、检测门限电平(detl)和fft点数(nfft)。本发明第一正交数字基带信号(i)和第二
正交数字基带信号(q)适用于零中频接收机。本发明的输入参数用于设置各模块的工作状态，通过调整各参数，能在一定程度上提高峰值捕获的准确率。
10.进一步的，fpga输出端包括最大峰值(mamp)、最大峰值对应的频率序号(midx)和输出端有效指示信号(vld)。本发明fpga输出端的各个信号提供给使用者，分别可以表征信号强度、信号频率以及当前输出是否为有效。
11.进一步的，控制模块包括控制模块输入端、用于检测周期计时的检测周期计时模块、用于单个周期内fft次数计数的单周期内检测计次模块、用于参数转发的参数转发控制模块和控制模块输出端；
12.所述检测周期计时模块和单周期内检测计次模块相互通信连接，所述单周期内检测计次模块和参数转发控制模块相互通信连接，所述检测周期计时模块和参数转发控制模块相互通信连接。
13.进一步的，控制模块输出端输出第一控制信号(ctrl1)和第二控制信号(ctrl2)，所述第一控制信号(ctrl1)连接并控制fft模块，所述第二控制信号(ctrl2)连接并控制峰值检测模块。本发明的第一控制信号(ctrl1)和第二控制信号(ctrl2)可以用于控制各模块启停，实现周期检测。
14.进一步的，fft模块包括通信连接的用于快速傅里叶变换的fft核和用于将fft核输出的结果按频率高低排序的ram模块；所述fft模块输出第一信号(amp)和第二信号(idx)至峰值检测模块。
15.进一步的，峰值检测模块包括用于检测单次fft内超过门限电平的区间的超门限区间检测模块、用于检测各个区间内信号峰值的单区间峰值检测模块、用于检测各区间信号峰值最大值的全区间峰值检测模块和用于检测每个检测周期内信号峰值的周期峰值检测模块；所述超门限区间检测模块、单区间内峰值检测模块、全区间峰值检测模块和周期峰值检测模块依次通信连接。
16.本发明还提供了一种用于零中频接收机的连续波峰值捕获方法，包括上述的一种用于零中频接收机的连续波峰值捕获电路，具体步骤为：
17.s1、上电复位，初始化配置所述零中频接收机的连续波峰值捕获电路的所有参数，启动控制模块、fft模块和峰值检测模块；
18.s2、控制模块中的单周期内检测计次模块开始检测周期内计次，当周期内计次到达目标值时，控制模块输出控制信号控制fft模块和峰值检测模块停止；
19.s3、同时，控制模块中的检测周期计时模块开始检测周期计时，当检测周期计时到达目标值时，控制模块输出控制信号控制fft模块、峰值检测模块和周期内计次模块重启，开启新一轮检测。
20.进一步的，当启动所述fft模块，fft模块中的fft核对第一正交数字基带信号(i)和第二正交数字基带信号(q)做fft点数快速傅里叶变换并输出，通过fft模块中的ram模块将fft核输出的结果按频率从低到高排序并输出第一信号(amp)和第二信号(idx)至峰值检测模块；
21.峰值检测模块接收fft输出的信号并完成每个检测周期内连续波峰值检测，最终输出最大峰值(mamp)、最大峰值对应的频率序号(midx)和输出端有效指示信号(vld)，具体为：所述峰值检测电路中的超门限区间检测模块检测单次fft中幅度超过检测门限的区间
并用信号标记，单区间峰值检测模块通过逐次比较法筛选出超门限区间检测模块标记的每个区间内幅度的最大值及对应的频率序号并记录，全区间峰值检测模块通过逐次比较法筛选出前述所有标记区间内的最大值及对应的频率序号并记录，周期峰值检测模块通过逐次比较法筛选出单个检测周期内的信号最大值及对应的频率序号并记录和输出。
22.与现有的技术相比，本发明的优点在于：
23.1.本发明一种用于零中频接收机的连续波峰值捕获电路可以以在数字域实现且能用于零中频接收机的连续波峰值捕获电路，能够简化射频前端设计，采用单片集成的零中频架构的射频收发机芯片，配合少量外围辅助电路即可完成整体应用设计，可以降低设计难度、节约开发成本、加快研发速度；
24.2.本发明可以解决连续波信号侦察的问题，可用于频谱管控设备中，便于管理部门及时发现频谱使用问题，规避风险；也可用于干扰设备中，实现瞄准式干扰，减少不必要的能量损耗。
25.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
26.图1为本发明一种用于零中频接收机的连续波峰值捕获电路的结构示意图；
27.图2为本发明一种用于零中频接收机的连续波峰值捕获方法的流程图。
28.图中，全局时钟信号clk，复位信号rstn，正交数字基带信号i，正交数字基带信号q，检测周期detp，单个周期内fft次数ctpc，检测门限电平detl，fft点数nfft；最大峰值mamp，最大峰值对应的频率序号midx，输出端有效指示信号vld；第一控制信号ctrl1，第二控制信号ctrl2；第一信号amp，第二信号idx。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
30.实施例1
31.如图1所示，本实施例一种用于零中频接收机的连续波峰值捕获电路，包括设置在fpga上的fpga输入端和fpga输出端，还包括设置于所述fpga上的控制模块、fft模块和峰值检测模块，所述fpga输入端包括fpga输入信号，所述fpga输入信号包括两个正交数字基带信号，所述控制模块输出两个控制信号分别至fft模块和峰值检测模块，所述fft模块输出信号至峰值检测电路，所述峰值检测电路连接所述fpga输出端。本实施例fpga输入端包括两个正交数字基带信号，可以与正交解调的前级射频通道连接，因此现有零中频架构的单片集成收发机芯片可以与本实施例用于零中频接收机的连续波峰值捕获电路相适配，这样就能够简化前端射频通道的设计；本实施例是在fpga内对两个正交数字基带信号进行处理，从而可以实现信号检测，同时采用了控制模块、fft模块和峰值检测模块等基本模块，可以实现模块化设计，研究人员只需重点设计控制逻辑，从而降低了设计难度；此外，本实施例在fpga中实现在大规模量产的情况下，成本较低。
32.本实施例fpga输入端还包括输入至控制模块、fft模块和峰值检测模块的全局时
钟信号clk和复位信号rstn，还包括输入至控制模块的fpga输入控制参数。本实施例fpga输入信号输入至fft模块，包括第一正交数字基带信号i和第二正交数字基带信号q，所述fpga输入控制参数包括检测周期detp、单个周期内fft次数ctpc、检测门限电平detl和fft点数nfft。本实施例第一正交数字基带信号i和第二正交数字基带信号q适用于零中频接收机。本实施例以上参数可以用于设置各模块的工作状态，通过调整各参数，能在一定程度上提高峰值捕获的准确率。
33.本实施例fpga输出端包括最大峰值mamp、最大峰值对应的频率序号midx和输出端有效指示信号vld。此处信号提供给使用者，分别表征了信号强度、信号频率以及当前输出是否为有效，其中vld高电平表明输出有效。本实施例控制模块包括控制模块输入端、用于检测周期计时的检测周期计时模块、用于单个周期内fft次数计数的单周期内检测计次模块、用于参数转发的参数转发控制模块和控制模块输出端；所述检测周期计时模块和单周期内检测计次模块相互通信连接，所述单周期内检测计次模块和参数转发控制模块相互通信连接，所述检测周期计时模块和参数转发控制模块相互通信连接。
34.本实施例控制模块输出端输出第一控制信号ctrl1和第二控制信号ctrl2，所述第一控制信号ctrl1连接并控制fft模块，所述第二控制信号ctrl2连接并控制峰值检测模块。本实施例上述第一控制信号ctrl1和第二控制信号ctrl2用于控制各模块启停，实现周期检测。
35.本实施例fft模块包括通信连接的用于快速傅里叶变换的fft核和用于将fft核输出的结果按频率高低排序的ram模块；所述fft模块输出第一信号amp和第二信号idx至峰值检测模块。本实施例第一信号amp为幅度，第二信号idx为自然顺序0～nfft-1。本实施例ram模块可以采用单端口形式，采用先写后读的模式，即先将fft核产生的结果按地址从低到高存入ram，而后按频率从低到高映射ram地址，整体读取数据。
36.本实施例峰值检测模块包括用于检测单次fft内超过门限电平的区间的超门限区间检测模块、用于检测各个区间内信号峰值的单区间峰值检测模块、用于检测各区间信号峰值最大值的全区间峰值检测模块和用于检测每个检测周期内信号峰值的周期峰值检测模块；所述超门限区间检测模块、单区间内峰值检测模块、全区间峰值检测模块和周期峰值检测模块依次通信连接。
37.本实施例电路的设计输入包括第一正交数字基带信号i和第二正交数字基带信号q，因此必然要求前级射频通道是正交解调的，所以零中频架构的单片集成收发机芯片是适配本实施例电路的，这就简化了前端射频通道的设计。本实施例是在fpga内对第一正交数字基带信号i和第二正交数字基带信号q处理，从而实现信号检测，采用了fft、ram等ip核，以及计数器等基本模块，实现了模块化设计，研究人员只需重点设计控制逻辑，从而降低了设计难度。再者，本实施例在fpga中实现的另一个好处是生产性好，只需要烧录到合适的fpga器件中即可，在大规模量产的情况下，成本较低。因此，本实施例可以在数字域实现且能用于零中频接收机的连续波峰值捕获电路，能够简化射频前端设计，采用单片集成的零中频架构的射频收发机芯片，配合少量外围辅助电路即可完成整体应用设计，可以降低设计难度、节约开发成本、加快研发速度。
38.本实施例一种用于零中频接收机的连续波峰值捕获电路可用于频谱管控设备中，便于管理部门及时发现频谱使用问题，规避风险；也可用于干扰设备中，实现瞄准式干扰，
减少不必要的能量损耗。
39.实施例2
40.本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例ram模块采用双端口形式，同时读写操作，即先按频率从低到高映射ram地址，然后对ram的每个地址空间进行先写后读操作，这样可以提高电路的运行速度。
41.实施例3
42.如图2所示，本实施例提供了一种用于零中频接收机的连续波峰值捕获方法，包括实施例1或实施例2所述的一种用于零中频接收机的连续波峰值捕获电路，具体步骤为：
43.s1、上电复位，初始化配置所述零中频接收机的连续波峰值捕获电路的所有参数，启动控制模块、fft模块和峰值检测模块；
44.s2、控制模块中的单周期内检测计次模块开始检测周期内计次，当周期内计次到达目标值时，控制模块输出控制信号控制fft模块和峰值检测模块停止；
45.s3、同时，控制模块中的检测周期计时模块开始检测周期计时，当检测周期计时到达目标值时，控制模块输出控制信号控制fft模块、峰值检测模块和周期内计次模块重启，开启新一轮检测。
46.当启动所述fft模块，fft模块中的fft核对第一正交数字基带信号i和第二正交数字基带信号q做fft点数快速傅里叶变换并输出，通过fft模块中的ram模块将fft核的输出结果按频率从低到高排序并输出第一信号amp和第二信号idx至峰值检测模块；
47.峰值检测模块接收fft输出的信号并完成每个检测周期内连续波峰值检测，最终输出最大峰值mamp、最大峰值对应的频率序号midx和输出端有效指示信号vld，具体为：所述峰值检测电路中的超门限区间检测模块检测单次fft中幅度超过检测门限的区间并用信号标记，单区间峰值检测模块通过逐次比较法找出超门限区间检测模块标记的每个区间内幅度的最大值及对应的频率序号并记录，全区间峰值检测模块通过逐次比较法找出前述所有标记区间内的最大值及对应的频率序号并记录，周期峰值检测模块通过逐次比较法找出单个检测周期内的信号最大值及对应的频率序号并记录和输出，即得到一个检测周期内连续波的峰值。
48.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。