用于采集回放系统的信道处理板卡
技术领域
本申请总的来说涉及信号处理设备领域，更具体地涉及一种用于采集回放系统的信道处理板卡。
背景技术
在无线通信环境中，由于传输射频信号的无线信道为时变性信道，存在着各种信号衰落现象，并且通信双方也可能会相互运动或是切换频道，所以无线接收机收到的射频信号功率是不可预知的，必定会在一个很大的范围内波动。
当信号源很近或者信号传输条件很好时，接收机可能收到很强烈的信号，而当信号源很远或者传输条件不好时，接收机可能接收到很微弱的信号。因此，接收机可能接收到的信号功率的波动范围很大，即无线信号的动态范围很大。同时，由于射频天线接收的信号带宽较大，为了便于后续数据处理，要求射频前端信号的增益可变且有较高的带内平坦度和温度稳定度。
目前，主要采用反馈技术、平衡式技术等对射频前端信号的平坦度进行处理，但是这些技术无法实现信号的增益调节。而现有的可变增益的宽带处理技术大多需要单片机电路进行程序控制，程序复杂，成本高，频段受限，且处理后的宽带平坦度无法达到要求。
因此，期望一种改进的用于信号采集和回放的方案。
发明内容
为了满足上述技术需求，提出了本申请。本申请的实施例提供了一种用于采集回放系统的信道处理板卡，其通过内置的自动增益控制电路配合开关矩阵和滤波器组，并实现滤波器的分时复用，从而与现有的采集回放系统相比，在满足系统功能前提下，减轻了采集回放系统分析处理的数据吞吐压力，减少了用于实现采集回放系统的滤波器数量，降低了系统实现难度并提高了系统经济性。
根据本申请的一方面，提供了一种用于采集回放系统的信道处理板卡，包括：自动增益控制电路，用于对输入的第一动态范围的信号进行自动增益控制与补偿以获得第二动态范围的信号，所述第二动态范围小于所述第一动态范围；开关矩阵，用于对由所述自动增益控制电路输出的所述第二动态范围的信号进行频段切换以使用具有不同频段的多个滤波器进行滤波；以及，滤波器组，包括所述具有不同频段的多个滤波器，所述具有不同频段的多个滤波器配置为在信号采集过程中被分选以进行采集滤波，和在信号回放过程中对不同频段的输出信号进行回放滤波。
在上述用于采集回放系统的信道处理板卡中，所述自动增益控制电路包括由误差信号反馈调节的变增益放大器或者电调衰减器，所述误差信号是所述自动增益控制电路的输出信号经过AGC检波器的检波后的直流电压与直流参考电压之间的误差。
在上述用于采集回放系统的信道处理板卡中，所述自动增益控制电路进一步包括低通滤波器，用于从所述控制信号滤除高频噪声。
在上述用于采集回放系统的信道处理板卡中，所述自动增益控制电路进一步包括放大器，用于放大所述变增益放大器或者电调衰减器的输出信号。
在上述用于采集回放系统的信道处理板卡中，所述开关矩阵包括不同通道数量的多个开关。
在上述用于采集回放系统的信道处理板卡中，所述多个开关根据实际信号的频段划分组合为M：2N的开关矩阵，M表示所述信道处理板卡的输入输出端的数目，且N表示构成所述滤波器组的不同频段的二端口滤波器的种类的数目。
在上述用于采集回放系统的信道处理板卡中，M＝4，且所述四个输入输出端分别用于来自接收天线的大动态范围信号输入，来自采集回放系统回放的数字模拟转换回放输出，用于所述采集回放系统采集的模拟数字转换的小动态范围信号滤波输出，以及用于输出到外部基带设备或功放的回放滤波输出。
在上述用于采集回放系统的信道处理板卡中，所述开关为单刀多掷开关。
在上述用于采集回放系统的信道处理板卡中，所述具有不同频段的多个滤波器分时复用。
因此，本申请的实施例提供的用于采集回放系统的信道处理板卡，能够通过内置的自动增益控制电路配合开关矩阵和滤波器组，并实现滤波器的分时复用，从而在满足系统功能前提下，减轻了采集回放系统分析处理的数据吞吐压力，减少了用于实现采集回放系统的滤波器数量，降低了系统实现难度并提高了系统经济性。
另外，由于本申请的实施例提供的用于采集回放系统的信道处理板卡由于对于相同系统功能减少了滤波器数量，在后续升级扩展时也相应降低了所需的滤波器数量，从而在提高系统经济性的同时，提高了板卡的扩展性。
附图说明
通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
图1图示了现有的采集回放系统的示意性框图。
图2图示了根据本申请实施例的用于采集回放系统的信号处理板卡的示意性框图。
图3图示了根据本申请实施例的自动增益控制电路的示意性电路图。
图4图示了根据本申请实施例的用于采集回放系统的信道处理板卡在信号采集时的信号流图。
图5图示了根据本申请实施例的用于采集回放系统的信道处理板卡在信号回放时的信号流图。
图6图示了根据本申请实施例的用于采集回放系统的信道处理板卡在系统频段数大于二时的整体拓扑图。
具体实施方式
下面，将参考附图详细描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解本申请不受这里描述的示例实施例的限制。
如上所述，为了实现大动态范围的无线信号接收，必须实现大动态范围的自动增益控制电路，从而调整接收机的信号增益使得信号功率稳定在一个期望数值附近，以尽可能减小信号功率变化带来的影响，使接收机可以稳定地解调出数据。在接收机中的自动增益控制电路设定完成合适的信号增益之前，接收机很有可能无法正常解调信号。因此，自动增益控制是无线通信系统实现中一个很重要的部分。
自动增益控制简称AGC(Auto Gain Control)，就是自动地对信号的增益，或者说功率、幅度进行控制。自动增益控制电路一般处于接收机一端，通过检测接收到的信号的能量来控制射频模块上的放大器对模拟信号功率进行调节，或者是对采样后的数字信号做幅度调节来实现信号功率的控制。自动增益控制电路应用于接收机一端主要是由于下列原因：接收机距辐射源的距离可以有很大的变化；电波在空间传播有明显的衰落现象；以及其他一些干扰因素，使得作用在接收机输入端的信号强度有很大变化和起伏。但是，接收机的终端设备一般只能处理幅度变化不大的信号，信号过强过弱或忽大忽小都会使终端设备失效。因此，接收机中非常需要自动增益控制电路来保证接收机输出信号幅度的平稳性。
因此，对于信号采集回放系统来说，因为需要对大动态范围下的信号进行分析与识别，这就需要信号采集回放系统有很高的信噪比指标，从而对信号采集回放系统的实现来说需要更高的采样位数和更大的存储带宽，同时也对后端的分析处理子系统和存储管理子系统等带来了很大的高速数据吞吐量压力。
对于信号采集回放系统来说，正常情况下如果需要搭配自动增益控制电路来进行采集和回放的信号滤波，至少需要在自动增益控制电路的输入端增加带通滤波器以用于滤除自动增益控制电路引入的谐波，并在数字模拟转换输出端增加带通滤波器以用于滤除频谱镜像。考虑到实际信号带宽可能会在一个较大范围内波动，假设信号频段分为n段，就意味着可能需要2n组滤波器构成滤波器组进行不同频率下的切换才能实现较好的输入输出滤波效果。
图1图示了现有的采集回放系统的示意性框图。如图1所示，现有的采集回放系统中，信道处理通常包含放大电路或衰减电路、输入滤波器，输出滤波器等，对于信号频段数量为n的信道处理，需要2n个滤波器才能满足采集回放系统正常工作的需要，即n个输入滤波器和n个输出滤波器。同时，由于只含有固定增益或者衰减的信道处理电路导致难以满足大动态范围信号采集分析所需，无法对输入功率快速跳变的大动态范围信号进行快速的增益和衰减控制。
相对地，本申请提供的用于采集回放系统的信号处理板卡通过设计自动增益控制电路来保证采集回放系统在满足输入信号大动态范围的情况下减少存储带宽需求，大大减轻了分析处理子系统和存储管理子系统的数据吞吐量，且同时配合开关矩阵的合理搭配，通过对滤波器组的分时复用来实现采集回放系统的滤波器数量减半，从而有效地降低了系统实现难度，提高了系统经济性。
图2图示了根据本申请实施例的用于采集回放系统的信号处理板卡的示意性框图。如图2所示，根据本申请实施例的用于采集回放系统的信号处理板卡100包括：自动增益控制电路110，用于对输入的第一动态范围的信号进行自动增益控制与补偿以获得第二动态范围的信号，所述第二动态范围小于所述第一动态范围；开关矩阵120，用于对由所述自动增益控制电路输出的所述第二动态范围的信号进行频段切换以使用具有不同频段的多个滤波器进行滤波；以及，滤波器组130，包括所述具有不同频段的多个滤波器，所述具有不同频段的多个滤波器配置为在信号采集过程中被分选以进行采集滤波，和在信号回放过程中对不同频段的输出信号进行回放滤波。
具体地，所述自动增益控制电路110通过对输入的第一动态范围的信号进行自动增益控制与补偿以获得第二动态范围的信号，可以对幅度大的信号进行衰减和对幅度小的信号进行放大，从而将大动态范围的信号变成小动态范围的信号。对于小动态范围的信号来说，采集回放系统在信号采集时，可以使用更低的量化位数来实现对信号的数字化，同时也减轻了后端的分析处理和存储管理的压力，大大提高了系统的运行效率。
图3图示了根据本申请实施例的自动增益控制电路的示意性电路图。如图3所示，根据本申请实施例的自动增益控制电路是一个电压调节负反馈系统，变增益放大器或者电调衰减器的控制信号来源于自动增益控制电路的输出信号经过AGC检波器的检波后的直流电压与直流参考电压之间的误差。因此，如果，变增益放大器或者电调衰减器的输入信号幅度变化，则其控制信号也随之变化，所述控制信号经过低通滤波器滤除高频噪声，通过反馈调节可变增益放大器或者电调衰减器，使得误差值逐渐减小，最终实现输出信号的功率稳定在直流参考电压对应的设置值。
因此，在根据本申请实施例的用于采集回放系统的信道处理板卡中，所述自动增益控制电路包括由误差信号反馈调节的变增益放大器或者电调衰减器，所述误差信号是所述自动增益控制电路的输出信号经过AGC检波器的检波后的直流电压与直流参考电压之间的误差。
并且，在根据本申请实施例的用于采集回放系统的信道处理板卡中，所述自动增益控制电路进一步包括低通滤波器，用于从所述控制信号滤除高频噪声。
另外，在根据本申请实施例的用于采集回放系统的信道处理板卡中，所述自动增益控制电路进一步包括放大器，用于放大所述变增益放大器或者电调衰减器的输出信号。
继续返回参考图2，开关矩阵120用于对由所述自动增益控制电路输出的所述第二动态范围的信号进行频段切换以使用具有不同频段的多个滤波器进行滤波，并且，滤波器组130包括所述具有不同频段的多个滤波器，所述具有不同频段的多个滤波器配置为在信号采集过程中被分选以进行采集滤波，和在信号回放过程中对不同频段的输出信号进行回放滤波。
也就是，由自动增益控制电路110输出的小动态范围信号在开关矩阵进行频段切换，并通过不同频段的滤波器的搭配，可以实现采集时对不同频段的滤波器进行分选采集，并在回放时对不同频段的输出回放信号进行针对性滤波，通过分时复用来提高滤波器的使用效率，提高采集回放系统整体经济性。
图4图示了根据本申请实施例的用于采集回放系统的信道处理板卡在信号采集时的信号流图。如图4所示，所述信道处理板卡的第一级即为自动增益控制电路，用于对大动态范围的信号进行快速的增益衰减控制，从而实现动态范围压缩。在自动增益控制电路的后端连接开关矩阵的一个输入端口，且开关矩阵的输出端口连接n个不同频段的滤波器构成的滤波器组，用户通过选通某个频段的滤波器来实现对特定频段信号的采集，以获得ADC采集输入。由于ADC采集输入的信号动态范围小，后端的系统部分(在图中未示出)通过使用较低的量化位数就可以进行信号的有效数字化，如果信号频段较窄还可以进行抽取和数字滤波，大大减少了需要分析和处理的数据量，同时也减轻了存储系统的压力。
图5图示了根据本申请实施例的用于采集回放系统的信道处理板卡在信号回放时的信号流图。如图5所示，存储系统将数据通过不同接口传输到分析处理系统进行数据的插值和滤波，然后传输到DAC进行回放输出(在图中未示出)。DAC回放输出的原始信号包含所需频段外的一些镜像信号，需要进行滤波处理，所以将DAC回放输出的原始信号输入到开关矩阵，通过分时复用来切换不同频段的滤波器组，从而实现滤波器的高效利用，将整个采集回放流程中所需的滤波器数量减半。
这里，图4和图5图示了2×2的开关矩阵，连接两个带通滤波器，以分别处理两个通道的信号。但是，值得注意的是，根据本申请实施例的用于采集回放系统的信道处理板卡可以用于处理更多通道数的信号，即系统包括更多数目的频段。这时，需要开关数目与滤波器组中的不同频段的滤波器数目与通道数目对应。
图6图示了根据本申请实施例的用于采集回放系统的信道处理板卡在系统频段数大于二时的整体拓扑图。如图6所示，对于系统频段数n>2的多频段的信号，只需要将2×2开关矩阵更换为2：N类型的开关矩阵，并搭配数量为N的滤波器组即可实现多频段的快速扩展。
因此，在根据本申请实施例的用于采集回放系统的信道处理板卡中，所述开关矩阵包括对应于不同通道数量的多个开关。
并且，在根据本申请实施例的用于采集回放系统的信道处理板卡中，所述多个开关根据实际信号的频段划分组合为M：2N的开关矩阵，M表示所述信道处理板卡的输入输出端的数目，且N表示构成所述滤波器组的不同频段的二端口滤波器的种类的数目。
此外，如图6所示，在输入输出端为4的情况下，根据本申请实施例的用于采集回放系统的信道处理板卡可以分别包括两个输入和两个输出，即，来自接收天线的大动态范围信号输入，来自采集回放系统回放的数字模拟转换回放输出(虽然该信号的名字为输出，但对于根据本申请实施例的用于采集回放系统的信道处理板卡来说，其是输入信号)，用于所述采集回放系统采集的模拟数字转换的小动态范围信号滤波输出，以及用于输出到外部基带设备或功放的回放滤波输出。
因此，在根据本申请实施例的用于采集回放系统的信道处理板卡中，在M＝4的情况下，所述四个输入输出端分别是用于来自接收天线的大动态范围信号输入，来自采集回放系统回放的数字模拟转换回放输出，用于所述采集回放系统采集的模拟数字转换的小动态范围信号滤波输出，以及用于输出到外部基带设备或功放的回放滤波输出。
在具体实现中，所述开关可以实现为机械式开关，例如单刀双掷开关，也可以实现为电子开关。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
