连续谱波形的自适应分段及频率转换以利用不连续的空闲通信频段制造技术

使用等同转换滤波器（如ｓｉｎ（ｘ）／ｘ滤波器）来进行一个宽带波形如超宽带雷达信号的连续频谱的相干分段，分成能够符合部分占用的电磁频谱的空闲频率区域的多个频段。该宽带波形的带宽落入该部分占用频谱的空闲频率区域。该空闲频率区域的总的可用带宽至少等于宽带波形的带宽。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及通信系统，具体涉及一种连续宽带波形如超宽带(UWB)雷达信号在没有其它信号交互干扰下的传输方法。其中频谱的占用部分包含不连续空闲频谱区域，该空闲频谱区域的总的可用带宽至少等于连续宽带波形的带宽。
技术介绍
随着通信系统、元件、调制技术及波形的不断发展，需要越来越多的带宽，偶尔有时候需要传送一个波形，其带宽远远大于可用电磁频谱的任意可用连续空闲部分。举一非限制性的例子，如可能希望采用相当长的可被大量常规通信系统，如广播FM及电视发射器，UHF和VHF，蜂窝无线等等使用的波长来传送一个雷达波形，如一个甚宽频带(如500MHz)的线性调频信号。这些具有较长波长的雷达信号具有叶丛(foliage)和文化(cultural)特征渗透特性，这些特性是具有很短的波长的雷达信号所不具备的。然而，对于一个映像对象的合理的可接受的空间分辨率，雷达信号的带宽必须非常宽，分辨率可以以信号带宽倒数的一半的形式来有效地定义。例如，一个500MHz带宽的雷达信号可以提供一英尺数量级的空间分辨率。不幸的是，这样的带宽远远大于稳定的电磁频谱的长波段的任意连续部分。也就是说，这样的雷达信号不适合在人们关注的频段内传输。可以参考图1进行理解，图1的频谱图示出了多个华盛顿特区附近的通信系统用户对通信带宽(从0Hz到1.0GHz)中的1.0GHz部分的典型的“点式(punctuated)”占用率。粗略地检查图1就可以发现，在相邻的用户间根本没有空闲的或可能的可用“空隙”能够为一个甚宽频带(如500MHz)的波形提供空间。事实上，图1中最宽的空隙仅仅存在于70MHz的数量级上。
技术实现思路
根据本专利技术，通过应用等同转换滤波器(如sin(x)/x滤波器)进行相干分段或再分一个宽带波形(如一个超宽带雷达信号)的连续频谱为多个(各种窄的或宽的)频段或子带分量成功地解决了该问题。其中所述的多个频段或子带分量适合于部分占用的电磁频谱的空闲频率区域，空闲区域的总的可用带宽至少等于宽带波形的带宽。sin(x)/x滤波器由于其简单及功率特性属于一种较好的等同转换滤波器。虽然无穷多的这样的滤波器族在数学上需要产生一个“精确”的等同转换，而实际上只需要很小数量的滤波器，尤其当信号(如一个线性调频信号)本身是带限信号的时候。一个sin(x)/x滤波器族与傅立叶变换密切相关，区别主要在于积分限不同。sin(x)/x滤波器的吸引人的特性在于它是一个简单的移动平均，并且其反变换可以通过将滤波器族的输出相加来实现。另外，滤波器族中的所有滤波器的正交性使得合成滤波器族可以响应于N个点独立成形，N是sin(x)/x滤波器的数量。信号各段然后被独立的上或下变换至发送载频，该发送载频可以有选择地将发送各段置于频谱的空闲部分。在接收器方，处理过程相反，对任意相对运动进行校正(如通过采用洛仑兹变换(或一个可接受的逼近))。这样，原始频谱可被相干重构并采用常规的方法来进行后续处理。正如所描述的，本专利技术具有很多重要的特点，包括明显采用几乎所有常规所期望的雷达信号(如一个线性调频信号)作为基本波形的超宽带(UWB)雷达信号的能力。本专利技术的相干分段的方法使得基本波形可以分段置于可用频谱位置，无需考虑它们自己的频率位置、各自的带宽及其它插入带隙。可以采用各个发送频率及带宽的动态再分配，只要总的可用频谱带宽等于或大于基本的UWB信号的带宽。在接收方，只有相对适度的处理需要根据分段后的频谱相干重构基本雷达波形，以允许采用常规的雷达波形处理方式。本专利技术允许使用几乎所有常规的雷达波形，包括单脉冲波形。可以很容易地提供60至500MHz数量级的UWB带宽，及20至600MHz的工作频率。通过用户选定的基本波形(如线性调频信号)，可以自动包括任意的PRF和占空周期。占用带宽部分的范围从不到10％至100％。不存在对频段宽度或间距的基本限制。此处所描述的技术允许对频谱使用和基本波形选择进行每天、每小时或毫秒级的改变。附图说明图1是表示华盛顿特区附近的通信系统用户对通信带宽中的1.0GHz部分的典型的“点式”占用率的频谱图；图2是一个任意的线性调频波形的频谱图；图3是与将图2中的线性调频波形应用于三个理想的矩形滤波器有关的频谱图；图4是图3中的三个理想滤波器应用的滤波器处理框图；图5是表示一个包含各种可变带宽的空闲带隙的用户点式频谱的一个实施例的频谱图，其中空闲带隙的总带宽至少能够完全包含图2中波形的带宽；图6是包含多个矩形带通滤波器的频谱分段运算器图，其中各矩形带通滤波器具有分别与图5中同等宽度的频谱带隙相关的带宽；图7是与图6的频谱分段运算器相关的频谱分段图；图8是表示图6的滤波器输出频率转换以适应图5的频谱中的可用RF频率带隙的频谱图；图9是用于恢复由图6的频谱分段运算器产生的宽带波形的接收机框图；图10表示堆叠各滤波器以产生等同转换滤波器族； 图11表示为减小转换误差而增加滤波器的数量产生的效果，间接地表明仅仅利用滤波器族中相对很小数目的滤波器即可以有效再生频带的中心；图12是实现一个sin(x)/x滤波器族的函数流程图；图13是与图12的函数流程图相关的减低了复杂度的频谱累加分组处理框图。具体实施例方式在详细地描述本专利技术的新的改进的频谱分段原理之前，应该看到本专利技术主要属于对常规的通信电路及相关信号处理元件及附带的用于控制这样的电路和元件操作的监控电路的特定组合。在一个实际的便于它们与现有的通信设备结合的实施例中，例如但不仅限于一个宽带雷达系统，这些组合可作为现场可编程门阵列(FPGA)、应用专用集成电路(ASIC)芯片组、可编程数字信号处理器或通用处理器很容易地实施。因此，这样的电路和元件的组合的配置及它们与其它通信设备的接口，很大部分已经通过容易理解的框图表示出，框图中仅示出了与本专利技术相关的具体细节，以防止该公开与本领域技术人员可从此处的描述中容易得出的细节相混淆。因此，框图的图解主要目的是以常规的功能性分组的方式给出本专利技术的主要内容，以更便于理解本专利技术。正如前面的简要描述，用于本专利技术的分段方法的基本元件是一个“等同转换”滤波器。这样的滤波器可以由大量现有类型的滤波器，包括sin(x)/x、傅立叶变换、特定双工器、语音扬声器系统中常见的互换网络、产生滤波器族的大量小波变换来实现。为了提供一种非限制性的较好的实施例，本专利技术将以采用sin(x)/x函数的形式进行描述。为了便于理解本专利技术的分段方案，考虑应用称为“理想矩形”带通滤波器的数学符号来选择性地滤波或再分一个任意的波形，如一个线性调频信号，在最初是有用的，该信号的频谱在图2中标记为20。如图3中的频谱及图4的滤波处理框图的进一步表示，该信号可通过三个任意指定的“理想矩形”滤波器41，42和43进行频谱分段或再分为任意的三个连续的子带B1，B2和B3系列。在求和单元44中对滤波器的输出简单的相加或求和可以精确恢复原始信号。应该注意，每一子带的任意的一个频率转换不会改变等同转换特性，只要在求和之前进行频率反变换。图5的频谱图类似于图1，给出了一个包含各种可变带宽的空闲带隙的用户点式频谱的一个实施例，其中空闲带隙的总带宽至少能够完全包含图2中波形的带宽。作为一个非限制性的实施例，利用一个常规的扫描子系统，部分占用的带宽中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续宽带波形在与其它通信信号间无交互干扰情况下的发送方法，所述其它通信信号占用一个具有不连续的空闲频谱区域的部分占用的频谱的一部分，该部分占用的频谱的总的可用带宽至少等于该连续宽带波形的带宽，该方法包括以下步骤：（ａ）相干再分所述宽 带波形的连续频谱为多个频段，这些频段能够符合所述部分占用的频谱的空闲频谱区域；（ｂ）频率转换所述多个频段，以产生分别落入所述部分占用频谱的空闲频率区域的频率转换后的频段，这是必要的；（ｃ）合并步骤（ｂ）中产生的所述频率转换后的频段并 进行传输。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖尔P马丁，约翰希普利，
申请(专利权)人：哈里公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]