近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)及信號處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)，包括AM制式的發(fā)送裝置和接收裝置，其中發(fā)送裝置包括低通濾波器，上變頻混頻器，功率放大器，射頻頻率綜合器和微處理器；接收裝置包括低噪聲放大器，第一下變頻混合器，射頻頻率綜合器，帶通濾波器，中頻放大器，微處理器，限幅放大器，第二下變頻混合器和低通濾波器。本發(fā)明還公開了一種近距離2-5兆帶寬模擬無線信號調(diào)制方法和解調(diào)方法。本發(fā)明中的AM解調(diào)器屬于兩級下變頻結(jié)構(gòu)的接收機(jī)，在中頻到基帶的環(huán)節(jié)采用了基于限幅放大器的自混頻技術(shù)，省去了傳統(tǒng)意義上的載波恢復(fù)環(huán)路，大大節(jié)省了接收機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)的成本。
【專利說明】近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)及信號處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及模擬通信、室內(nèi)定位和無線圖傳【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來說是涉及一種用于室內(nèi)定位輔助的近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及基于上述近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)的信號處理方法。
[0002]相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)介紹:
[0003]模擬通信:在實際的通信中，由于通信業(yè)務(wù)的多樣性，消息的來源也是多種多樣的，但基本可以分為兩大類:連續(xù)的和離散的。連續(xù)的消息如話音，聲波振動的幅度是隨時間連續(xù)變化的。若把它轉(zhuǎn)換為隨時間連續(xù)變化的電壓信號，信號幅度是時間連續(xù)函數(shù)。這樣的信號稱作模擬信號；而離散消息，如打字機(jī)產(chǎn)生的消息，輸出的消息符號個數(shù)是有限的。如信號的參數(shù)與離散消息對應(yīng)而離散取值，這就是數(shù)字信號。所以根據(jù)信號方式的不同，通信可分為模擬通信和數(shù)字通信。用時間和幅度均連續(xù)的模擬信號來傳遞信息的通信方式叫模擬通信。與數(shù)字通信系統(tǒng)相比，模擬通信系統(tǒng)，設(shè)計較簡單，電路的功率消耗一般比較低。
[0004]室內(nèi)定位:Indoor Posit1ning,室內(nèi)定位是指在室內(nèi)環(huán)境中實現(xiàn)位置定位,主要采用無線通訊、基站定位、慣導(dǎo)定位等多種技術(shù)集成形成一套室內(nèi)位置定位體系，從而實現(xiàn)人員、物體等在室內(nèi)空間中的位置監(jiān)控。
[0005]無線圖傳:無線圖傳可以理解為無線圖像的傳輸。無線圖傳的應(yīng)用體制范疇包括:模擬傳輸、數(shù)傳/網(wǎng)絡(luò)電臺、GSM/GPRS、CDMA、數(shù)字微波(大部分為擴(kuò)頻微波)、WLAN(無線網(wǎng))、COFDM(正交頻分復(fù)用)等。目前，無線圖傳尚未形成典型的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式，實現(xiàn)的技術(shù)方式也多種多樣。

【背景技術(shù)】
[0006]室內(nèi)定位是指在室內(nèi)環(huán)境中實現(xiàn)位置定位，主要采用無線通訊、基站定位、慣導(dǎo)定位，視頻識別等多種技術(shù)集成形成一套室內(nèi)位置定位體系，從而實現(xiàn)人員、物體等在室內(nèi)空間中的位置監(jiān)控。視頻監(jiān)控和識別作為定位判斷最為直接的方法，一直是室內(nèi)定位系統(tǒng)的重要補(bǔ)充手段。
[0007]視頻信號的傳輸是監(jiān)控系統(tǒng)中成本較為高昂的部分，如采用有線方式通常需要鋪設(shè)同軸電纜，雙絞線等信號線并輔以一定數(shù)量的中繼設(shè)備才能完成各個攝像頭到主控設(shè)備間的信號傳輸，對于不方便布線和施工改造的室內(nèi)環(huán)境，有線視頻監(jiān)控系統(tǒng)無論是成本還是實施都存在困難。
[0008]與有線視頻傳輸相對的是無線圖像傳輸方式，隨著無線技術(shù)的日益發(fā)展，無線傳輸技術(shù)應(yīng)用越來越被各行各業(yè)所接受。無線圖像傳輸作為一個特殊使用方式也逐漸被廣大用戶看好。其安裝方便、靈活性強(qiáng)、性價比高等特性使得更多行業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)采用無線傳輸方式，建立被監(jiān)控點和監(jiān)控中心之間的連接。無線監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代化交通、運(yùn)輸、水利、航運(yùn)、鐵路、治安、消防、邊防檢查站、森林防火、公園、景區(qū)、廠區(qū)、小區(qū)、室內(nèi)監(jiān)控等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0009]無線圖像傳輸按制式具體可分為:模擬微波傳輸和數(shù)字微波傳輸。
[0010]模擬微波傳輸:采用調(diào)頻調(diào)制或調(diào)幅調(diào)制的辦法，將圖像搭載到高頻載波上，轉(zhuǎn)換為高頻電磁波在空中傳輸。其優(yōu)點是:綜合成本低，性能更穩(wěn)定，省去布線及線纜維護(hù)費用；可動態(tài)實時傳輸廣播級圖像，圖像傳輸清晰度不錯，而且完全實時；組網(wǎng)靈活，可擴(kuò)展性好，即插即用；維護(hù)費用低。其缺點是:由于采用微波傳輸，頻段在IGHz以上，常用的有UHF波段(300Mhz ?IGHz)、L 波段(1.0 ?2.0GHz)、S 波段(2.0 ?3.0GHz)、Ku 波段(10 ?12GHz),傳輸環(huán)境最好是開放的空間，如果在城市環(huán)境或者室內(nèi)使用，無線電波比較復(fù)雜，相對容易受外界電磁干擾；微波信號為直線傳輸，中間不能有山體、建筑物，墻壁家居等遮擋；如果有障礙物，需要加中繼加以解決，Ku波段受天氣影響較為嚴(yán)重，尤其是雨雪天氣會有比較嚴(yán)重的雨衰現(xiàn)象。
[0011]數(shù)字微波傳輸:數(shù)字微波傳輸就是先把視頻編碼壓縮，然后通過數(shù)字微波信道調(diào)制，再通過天線發(fā)射出去，接收端則相反，天線接收信號，微波解調(diào)，視頻解壓縮，最后還原成模擬的視頻信號，也可微波解擴(kuò)后通過電腦安裝相應(yīng)的解碼軟件，用電腦軟解壓視頻，而且電腦還支持錄像，回放，管理，云鏡控制，報警控制等功能；現(xiàn)在隨著數(shù)字存儲方式的普及，接收下的來的信號可以直接進(jìn)存儲服務(wù)器，配合磁盤陣列存儲；這種監(jiān)控方式圖像有720*576,352*288或更高的分辨率選擇，通過解碼的存儲方式，視頻有0.2-0.8秒左右的延時。數(shù)字視頻監(jiān)控成本根據(jù)實際情況差別很大，但也有一些模擬微波不可比的優(yōu)點，如監(jiān)控點比較多，環(huán)境比較復(fù)雜，需要加中繼的情況多，監(jiān)控點比較集中它可集中傳輸多路視頻，抗干擾能力比模擬的要好一點，等等優(yōu)點，適合監(jiān)控點比較多，需要中繼也多的情況下使用，客觀地講，前期投資較高。
[0012]總之，模擬微波傳輸和數(shù)字微波傳輸，各有千秋，主要看你的實際工程需要無線圖像傳輸系統(tǒng)從應(yīng)用層面來說分為兩大類，一是固定點的圖像傳輸系統(tǒng)，二是移動視頻圖像傳輸系統(tǒng)。
[0013]固定點的圖像傳輸系統(tǒng):固定點的無線圖像傳輸系統(tǒng)，主要應(yīng)用在有線閉路不便實現(xiàn)的場合，比如港口碼頭的監(jiān)控系統(tǒng)、河流水利的視頻和數(shù)據(jù)監(jiān)控、森林防火監(jiān)控系統(tǒng)、城市安全監(jiān)控、建筑工地等。下面按頻段由低到高對不同的圖像傳輸技術(shù)進(jìn)行介紹。
[0014]2.4GHz ISM頻段的多種圖像傳輸技術(shù)
[0015]2.4GHz的圖像傳輸設(shè)備采用擴(kuò)頻技術(shù)，有跳頻和直擴(kuò)兩種工作方式。跳頻方式速率較低，吞吐速率在2Mbit/s左右，抗干擾能力較強(qiáng)，還可采用不同的跳頻序列實現(xiàn)同址復(fù)用來增加容量。直擴(kuò)方式有較高的吞吐速率，但抗干擾性能較差，且多套系統(tǒng)同址使用受限制。
[0016]2.4GHz圖像傳輸可基于IEEE802.1lb協(xié)議，傳輸速率為llMbit/s，去掉傳輸過程中的開銷，實際有效速率為5.5-6Mbit/s左右。后來制訂的IEEE802.1lg標(biāo)準(zhǔn)，速率上限達(dá)到54Mbit/s，在特殊模式下可達(dá)108Mbps，該標(biāo)準(zhǔn)互通性高，點對點可傳輸幾路MPEG-4的壓縮圖像。
[0017]應(yīng)用在2.4GHz頻段的還有藍(lán)牙技術(shù)、HomeRF技術(shù)、MESH、微蜂窩技術(shù)等。隨著應(yīng)用范圍的逐漸擴(kuò)大，2.4GHZ這個頻段處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，其速率問題、安全問題、干擾問題值得進(jìn)一步研究。
[0018]3.5GHz頻段的無線圖傳系統(tǒng)
[0019]3.5GHz的無線接入系統(tǒng)是一種點對多點微波通信技術(shù)，采用FDD雙工方式，通常采用16QAM、64QAM調(diào)制方式。其工作頻段相對較低，電波自由空間損耗小，傳播雨衰性能好，接入速率足夠高，且設(shè)備成本相對較低。該系統(tǒng)具有相對良好的覆蓋能力，通常達(dá)到5km?1km,適合地縣市級單位低價位、較大面積覆蓋的應(yīng)用場合；還可與WLAN互為補(bǔ)充，形成覆蓋面積大小配合、用戶密度稀密配合的多層運(yùn)行的有機(jī)互補(bǔ)模式。目前存在的問題是帶寬不足，只有上下行各30MHz，難以大規(guī)模使用。
[0020]5.8GHz 圖傳
[0021]5.8GHz的WLAN產(chǎn)品采用OFDM正交頻分復(fù)用技術(shù)，在此頻段的WLAN產(chǎn)品基于IEEE802.1la協(xié)議，傳輸速率可以達(dá)到54Mbit/s，在特殊模式下可達(dá)108Mbps。根據(jù)WLAN的傳輸協(xié)議，在點對點應(yīng)用的時候，有效速率為20Mbit/s ;點對多點的情況下，每一路圖像的有效傳輸速率為500kbit/s左右，也就是說總的傳輸數(shù)據(jù)量為3Mbit/s左右。對于無線圖像的傳輸而言，基本上解決了 “高清晰度數(shù)字圖像在無線網(wǎng)絡(luò)中的傳輸”問題，使得大范圍采用5.SGHz頻段傳輸數(shù)字化圖像成為現(xiàn)實，尤其適用于城市安全監(jiān)控系統(tǒng)。
[0022]WLAN傳輸監(jiān)控圖像，目前比較成熟的是采用MPEG-4圖像壓縮技術(shù)。這種壓縮技術(shù)在500kbit/s速率時，壓縮后的圖像清晰度可以達(dá)到1CIF(352X288像素)?2CIF。在2Mb it/s的速率情況下，該技術(shù)可以傳輸4CIF(702X576像素，DVD清晰度)清晰度的圖像。采用MPEG-4壓縮以后的數(shù)字化圖像，經(jīng)過無線信道傳輸，配合相應(yīng)的軟件，很容易實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化的數(shù)字化城市安全監(jiān)控系統(tǒng)。
[0023]2.4/5.8GHz基于802.1ln的產(chǎn)品，Iln產(chǎn)品工作于5.8GHz和2.4GHz，傳輸速率可達(dá)150、300、600Mbps，有效傳輸速率分別為60、160、300Mbps.隨著高清攝像機(jī)的發(fā)展，這種高帶寬的IlN模式非常適合高清攝像機(jī)的傳輸。高清攝像機(jī)和高帶寬無線傳輸設(shè)備的配合會逐漸成為無線視頻監(jiān)控的趨勢。
[0024]26GHz頻段的寬帶固定無線圖傳系統(tǒng)
[0025]典型的26GHz無線接入系統(tǒng)，采用64QAM、16QAM和QPSK三種調(diào)制方式。LMDS具有更大的帶寬以及雙向數(shù)據(jù)傳輸能力，可提供多種寬帶交互式數(shù)據(jù)以及多媒體業(yè)務(wù)，解決了傳統(tǒng)本地環(huán)路的瓶頸問題，能夠滿足高速寬帶數(shù)據(jù)、圖像通信以及寬帶internet業(yè)務(wù)的需求。LMDS系統(tǒng)覆蓋范圍3公里?5公里，適用于城域網(wǎng)。由于世界各國對城域網(wǎng)的工作頻段規(guī)劃不同，所以其兼容性較差、雨衰性能差，成本也較高。
[0026]移動視頻圖像傳輸系統(tǒng):除了對固定點的圖像監(jiān)控的需求外，移動圖像傳輸?shù)男枨笠蚕喈?dāng)旺盛。移動視頻圖像傳輸，廣泛用于公安指揮車、交通事故勘探車、消防武警現(xiàn)場指揮車和海關(guān)、油田、礦山、水利、電力、金融、海事，以及其它的緊急、應(yīng)急指揮系統(tǒng)，主要作用是將現(xiàn)場的實時圖像傳輸回指揮中心，使指揮中心的指揮決策人員如身臨其境，提高決策的準(zhǔn)確性和及時性，提高工作效率?，F(xiàn)就移動視頻圖像傳輸采用公網(wǎng)和專用技術(shù)兩種情況作相關(guān)介紹。
[0027]利用CDMA、GPRS、3G公眾移動網(wǎng)絡(luò)傳輸圖像
[0028]CDMA無線網(wǎng)絡(luò)的移動傳輸技術(shù)具有很多優(yōu)點:保密性好、抗干擾能力強(qiáng)、抗多徑衰落、系統(tǒng)容量的配置靈活、建網(wǎng)成本低等。CDMA采用MPEG-4壓縮方式，用MPEG-4的CIF格式壓縮圖像，可以達(dá)到每秒2幀左右的速率；如果將圖像調(diào)整到QCIF格式，則可以達(dá)到每秒10幀以上。但是，對于安全防范系統(tǒng)來說，一般采用低傳輸幀率而保證傳輸?shù)那逦龋驗橹挥蠧IF以上的圖像清晰度才可以滿足調(diào)查取證的需要。如果希望進(jìn)一步提高現(xiàn)場圖像的實時傳輸速率，一個簡單的方案是采用多個CDMA網(wǎng)卡捆綁使用的方式，用來提高無線信道的傳輸速率。目前市場上有2?3個網(wǎng)卡捆綁方式的路由器，增加網(wǎng)卡的代價是增加設(shè)備成本和使用成本。隨著視頻壓縮技術(shù)的不斷發(fā)展，單個網(wǎng)卡上3?4幀/秒圖像傳輸速率是可以實現(xiàn)的，如果每秒鐘可以傳輸3?4幀CIF格式的圖像，可以滿足一般移動公共交通設(shè)施的安全監(jiān)控的要求。
[0029]GPRS是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，支持特定的點對點和點對多點服務(wù)，以“分組”的形式傳送數(shù)據(jù)。GPRS峰值速率超過100kbit/S，網(wǎng)絡(luò)容量只在所需時分配，這種發(fā)送方式稱為統(tǒng)計復(fù)用。GPRS最主要的優(yōu)勢在于永遠(yuǎn)在線和按流量計費，不用撥號即可隨時接入互聯(lián)網(wǎng)，隨時與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，資源利用率高。
[0030]3G技術(shù)目前已經(jīng)取代GPRS和CDMA逐漸，目前可以實現(xiàn)的有效速率達(dá)384kbit/s，在網(wǎng)絡(luò)部署的城區(qū)，可以實時傳輸一路CIF圖像，每秒可達(dá)到20幀。但需要注意的是，即使速率提高了很多，也不要認(rèn)為所有的移動交通設(shè)施可以同時將圖像傳輸回監(jiān)控中心，因為同時概念對于公網(wǎng)圖像傳輸來說幾乎是不可能的。
[0031 ] 用于應(yīng)急突發(fā)事件的專用無線圖像傳輸技術(shù)
[0032]對于一些應(yīng)急指揮中心的圖像傳輸系統(tǒng)，往往要求將突發(fā)事件現(xiàn)場的圖像傳輸回指揮中心。例如遇到重大自然災(zāi)害，水災(zāi)、火災(zāi)現(xiàn)場，群眾的大型集會和重要安全保衛(wèi)任務(wù)現(xiàn)場等。這類應(yīng)急圖像傳輸系統(tǒng)不宜使用公眾網(wǎng)絡(luò)傳輸，最好采用專業(yè)的移動圖像傳輸設(shè)備。但目前我國對此尚未專門規(guī)劃頻率。
[0033]總體來說，無線方式的視頻傳輸有如下優(yōu)勢
[0034]1、綜合成本低，性能更穩(wěn)定。只需一次性投資，無須挖溝埋管，特別適合室外距離較遠(yuǎn)及已裝修好的場合；在許多情況下，用戶往往由于受到地理環(huán)境和工作內(nèi)容的限制，例如山地、港口和開闊地等特殊地理環(huán)境，對有線網(wǎng)絡(luò)、有線傳輸?shù)牟季€工程帶來極大的不便，采用有線的施工周期將很長，甚至根本無法實現(xiàn)。這時，采用無線監(jiān)控可以擺脫線纜的束縛，有安裝周期短、維護(hù)方便、擴(kuò)容能力強(qiáng)，迅速收回成本的優(yōu)點。
[0035]2、組網(wǎng)靈活，可擴(kuò)展性好，即插即用。管理人員可以迅速將新的無線監(jiān)控點加入到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中，不需要為新建傳輸鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)、增加設(shè)備，輕而易舉地實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線監(jiān)控。
[0036]3、維護(hù)費用低。無線監(jiān)控維護(hù)由網(wǎng)絡(luò)提供商維護(hù)，前端設(shè)備是即插即用、免維護(hù)系統(tǒng)。
[0037]4、無線監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控和無線傳輸技術(shù)的結(jié)合，它可以將不同地點的現(xiàn)場信息實時通過無線通訊手段傳送到無線監(jiān)控中心，并且自動形成視頻數(shù)據(jù)庫便于日后的檢索。
[0038]本發(fā)明主要針對模擬制式的無線圖像傳輸技術(shù)，盡管數(shù)字圖像傳輸技術(shù)有著模擬制式所不及的一些優(yōu)勢，比如抗干擾能力強(qiáng)。但是相比而言，模擬圖傳最大的優(yōu)勢是建設(shè)的綜合成本遠(yuǎn)低于數(shù)字傳輸。
[0039]WIFI等接入技術(shù)的成熟大大降低了無線數(shù)字圖像傳輸?shù)某杀?，目前，模擬圖像傳輸最大的競爭方案是基于WIFI的數(shù)字圖像傳輸方式，但是WIFI傳輸圖像視頻的距離近，穿透力弱，而且2.4G頻段較為擁擠，易受干擾。
[0040]可以這么總結(jié):
[0041]a.比模擬圖傳系統(tǒng)傳輸距離更遠(yuǎn)的數(shù)字圖傳系統(tǒng)比較貴，沒有成本優(yōu)勢。
[0042]b.跟模擬圖傳系統(tǒng)差不多成本的數(shù)字圖傳系統(tǒng)(主要是WIFI圖傳)，易受干擾，沒有性能優(yōu)勢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0043]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于室內(nèi)定位輔助的近距離模擬無線圖傳系統(tǒng)，可以節(jié)省下傳統(tǒng)模擬接收機(jī)的鎖頻鎖相同步環(huán)路，大大降低系統(tǒng)成本。
[0044]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)，包括發(fā)送裝置和接收裝置；
[0045]所述發(fā)送裝置即AM調(diào)制器，其進(jìn)一步包括:
[0046]低通濾波器，輸入端連接模擬視頻信號，輸出端連接上變頻混頻器，用于將輸入端的模擬視頻信號進(jìn)行低通濾波；
[0047]所述的上變頻混頻器，輸入端連接所述的低通濾波器和射頻頻率綜合器，輸出端連接功率放大器，用于把基帶的AM信號上變頻至發(fā)送的頻段；
[0048]所述功率放大器，輸入端連接所述低通濾波器，輸出端發(fā)送調(diào)制射頻視頻信號，用來放大已經(jīng)調(diào)制到載波頻段的視頻信號，以便于天線發(fā)送；
[0049]所述射頻頻率綜合器，輸入端連接微處理器，輸出端連接所述的上變頻混頻器，用于產(chǎn)生混頻器上變頻所需的載波信號；
[0050]所述微處理器，輸出端連接所述的射頻頻率綜合器，用于產(chǎn)生控制信號，通過所述射頻頻率綜合器的SPI接口編程控制所述射頻頻率綜合器產(chǎn)生的頻率；
[0051]所述接收裝置即AM解調(diào)器，其進(jìn)一步包括:
[0052]低噪聲放大器，輸入端接收所述AM調(diào)制器發(fā)送的調(diào)制射頻視頻信號和微處理器，其輸出端連接第一下變頻混合器，用于將射頻信號進(jìn)行放大；
[0053]所述第一下變頻混合器，輸入端連接所述的低噪聲放大器和射頻頻率綜合器，輸出端連接帶通濾波器，用于將放大后的射頻信號下變頻至中頻信號；
[0054]所述射頻頻率綜合器，輸入端連接所述微處理器，輸出端連接所述第一下變頻混合器和中頻放大器，用于提供所述第一下變頻混和器的載波信號；
[0055]所述帶通濾波器，輸入端連接所述第一下變頻混合器，輸出端連接所述中頻放大器和限幅放大器，用于濾除帶外噪聲和壓制相鄰信道干擾；
[0056]所述中頻放大器，輸入端連接所述帶通濾波器和所述微處理器，輸出端連接第二下變頻混合器，用于進(jìn)一步放大信號；
[0057]微處理器，輸出端連接所述射頻頻率綜合器和所述中頻放大器，通過串行數(shù)字接口來控制所述低噪聲放大器和所述中頻放大器的增益，并為所述射頻頻率綜合器提供數(shù)字控制信息；
[0058]所述限幅放大器，輸入端連接所述帶通濾波器，輸出端連接所述第二下變頻混合器，用于提取載波信號；
[0059]所述第二下變頻混合器，輸入端連接所述限幅放大器和所述中頻放大器，輸出端連接低通濾波器，用于根據(jù)所述限幅放大器輸出的載波信號把所述中頻信號下變頻到基帶;
[0060]所述低通濾波器，輸入端連接所述第二下變頻混合器，輸出端發(fā)送解調(diào)后的模擬視頻信號，用于提取已調(diào)信號的包絡(luò)，即恢復(fù)原始的視頻信息。
[0061]優(yōu)選地，本發(fā)明的近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)，所述AM調(diào)制器的低通濾波器具有I?2.5M可調(diào)的截止頻率，可選用帶寬可調(diào)的低通濾波器芯片，或者用有源濾波器和RC網(wǎng)絡(luò)直接實現(xiàn)。
[0062]進(jìn)一步地，本發(fā)明的近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)，所述AM調(diào)制器的上變頻混頻器、所述AM解調(diào)器的第一下變頻混合器和第二下變頻混合器均為雙平衡型混頻器。
[0063]進(jìn)一步地，本發(fā)明的近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)，所述AM解調(diào)器的低噪聲放大器放大級別通常在1000倍的級別，即30db的放大增益。
[0064]進(jìn)一步地，本發(fā)明的近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)，所述AM調(diào)制器的第一下變頻混合器將信號由射頻變?yōu)?0Mhz?30Mhz的中頻信號。
[0065]更進(jìn)一步地，本發(fā)明的近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)，所述AM調(diào)制器的中頻放大器將所述中頻信號放大10?100倍，即10?20db的可調(diào)增益。
[0066]更進(jìn)一步地，本發(fā)明的近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)，所述AM調(diào)制器的帶通濾波器為6階有源巴特沃斯濾波器結(jié)構(gòu)。
[0067]本發(fā)明還提供了一種近距離2-5兆帶寬模擬無線信號調(diào)制方法，包括如下步驟:
[0068](SI)將輸入端的模擬視頻信號進(jìn)行低通濾波；
[0069](S2)根據(jù)載波信號把基帶的AM信號上變頻至發(fā)送的頻段；
[0070](S3)放大已經(jīng)調(diào)制到載波頻段的視頻信號。
[0071]本發(fā)明還提供了一種近距離2-5兆帶寬模擬無線信號解調(diào)方法，包括如下步驟:
[0072](SI)把目標(biāo)頻段的信號放大后下變頻到中頻信號；
[0073](S2)通過中頻帶通濾波和放大后用限幅放大器提取出載波信號；
[0074](S3)根據(jù)載波信號把所述中頻信號下變頻到基帶。
[0075]優(yōu)選地，本發(fā)明的近距離2-5兆帶寬模擬無線信號解調(diào)方法，步驟SI和步驟S3所述的中頻信號頻率為20Mhz?30Mhz。
[0076]本發(fā)明中的AM解調(diào)器屬于兩級下變頻結(jié)構(gòu)的接收機(jī)，在中頻到基帶的環(huán)節(jié)采用了基于限幅放大器的自混頻技術(shù)，省去了傳統(tǒng)意義上的載波恢復(fù)環(huán)路，大大節(jié)省了接收機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)的成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0077]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0078]圖1是本發(fā)明的發(fā)送裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0079]圖2是本發(fā)明接收裝置(AM視頻信號解調(diào)裝置)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0080]圖3是本發(fā)明限幅放大器的載波提取原理示意圖；
[0081]圖4是本發(fā)明有源中頻帶通濾波器一個實施例示意圖；
[0082]圖5是本發(fā)明一個AD8343的應(yīng)用電路實施例示意圖；
[0083]圖6是本發(fā)明一個Si4136射頻頻率綜合器的電路應(yīng)用實施例示意圖；
[0084]圖7是本發(fā)明一個ADL5545功率放大器的電路應(yīng)用實施例示意圖；
[0085]圖8是本發(fā)明一個32位控制CPU STM32F103T8U6的應(yīng)用實施例示意圖。
[0086]圖中的附圖標(biāo)記為:1、上變頻混頻器；2、射頻頻率綜合器；3、微處理器芯片(MCU) ;4、功率放大器；5、低通濾波器；6、低噪聲放大器；7、下變頻混頻器；8、帶通濾波器；9、中頻放大器；10、下變頻混頻器；11、限幅放大器；12、低通濾波器；13-15、單端和雙端信號轉(zhuǎn)換的射頻變壓器(射頻巴倫)。

【具體實施方式】
[0087]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對發(fā)明方案進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0088]本發(fā)明是一種無線模擬收發(fā)裝置，可傳輸2?5Mhz帶寬的幅度調(diào)制(AM)模擬信號，主要可用于戶外近距離，大面積室內(nèi)等快速監(jiān)控系統(tǒng)的布設(shè)和建立。傳輸?shù)念l段可以根據(jù)實際需求進(jìn)行調(diào)整，如315?320Mhz頻段，450?470Mhz，2.4G頻段等。
[0089]本發(fā)明是一對模擬收發(fā)裝置，具體而言，是AM制式的調(diào)制器和解調(diào)器。
[0090]本發(fā)明的發(fā)送裝置(即AM調(diào)制器)如圖1所示，模擬攝像頭的輸出一般為AM幅度調(diào)制的基帶模擬信號，頻帶寬約2Mhz左右，它構(gòu)成了本發(fā)明中發(fā)送裝置的輸入數(shù)據(jù)源。發(fā)送裝置(AM調(diào)制器)由5部分組成:
[0091]1.上變頻混頻器(MIXER) 1，用處是把基帶的AM信號上變頻至發(fā)送的頻段，比如320M。一般混頻器芯片會選用雙平衡型混頻器，以便于壓制鏡像信號。
[0092]2.射頻頻率綜合器(RF) 2，用處是產(chǎn)生混頻器上變頻所需的本振信號，也就是載波信號，如果需要在320M頻段傳輸信號,那就得產(chǎn)生一個320Mhz的本振信號。一般選用可編程的頻率綜合器芯片。
[0093]3.微處理器(MCU) 3，用來產(chǎn)生控制信號，通過SPI接口編程控制頻率綜合器產(chǎn)生的頻率。
[0094]4.功率放大器(PA)4，用來放大已經(jīng)調(diào)制到載波頻段的視頻信號，以便于天線發(fā)送。通常放大后的發(fā)送信號(調(diào)制射頻視頻信號)功率不超過10mW,即20dbm
[0095]5.低通濾波器(LPF) 5，具有I?2.5M可調(diào)的截止頻率，可選用帶寬可調(diào)的低通濾波器芯片，或者用有源濾波器和RC網(wǎng)絡(luò)直接實現(xiàn)。
[0096]本發(fā)明的接收裝置(即AM解調(diào)器)如圖2所示，本發(fā)明中的AM解調(diào)器主要由低噪聲放大器(LNA)6，第一下變頻混頻器(MIXER) 7和第二下變頻混頻器(MIXER) 10，射頻頻率綜合器(RF)，帶通濾波器(BPF)8，中頻放大器(IF AMP)9，限幅放大器(LimitingAmplifier) 11，低通濾波器(LPF) 12，微處理器(MCU)等模塊組成，現(xiàn)按照圖中信號流的順序依次介紹各部分的功能。
[0097]1.由天線感應(yīng)到的無線信號強(qiáng)度很弱，通常為微伏級別，所以信號首先需要經(jīng)過由低噪聲放大器6構(gòu)成的射頻放大級放大，放大級別通常在1000倍的級別，也就是30db的放大增益。
[0098]2.解調(diào)器的第二級是下變頻，由雙平衡型混頻器(MIXER)完成，本振信號由射頻頻率綜合器提供，經(jīng)過第二級以后，信號由射頻變?yōu)?0Mhz?30Mhz的中頻。
[0099]3.解調(diào)器的第三級是帶通濾波器8，負(fù)責(zé)濾除帶外噪聲和壓制相鄰信道干擾。
[0100]4.信號經(jīng)過帶通濾波器8以后，已經(jīng)處于20?30Mhz中頻，并且濾除了帶外的干擾，這個信號一方面送入限幅放大器11用于提取載波，另一方面送入可調(diào)增益的中頻放大器9進(jìn)一步放大信號，一般10?100倍，也就是10?20db的可調(diào)增益。
[0101]5.用限幅放大器11提取載波的原理如圖3所示，被下變頻到中頻的AM信號，信息都包含于載波信號變化的包絡(luò)上，經(jīng)過限幅放大器后，包絡(luò)被拉平，這時剩下的就是純粹的載波信號，可作為本振直接用于把中頻信號下變頻到基帶。
[0102]6.限幅放大器11提取的載波作為本振信號，由第二下變頻混頻器10把經(jīng)過放大的中頻信號混到基帶。這樣就無需再經(jīng)過傳統(tǒng)AM接收器里的載波恢復(fù)同步環(huán)路，如Costas環(huán)路。
[0103]7.得到基帶的信號以后，由最后一級，也就是低通濾波器12提取已調(diào)信號的包絡(luò)，也就是恢復(fù)原始的視頻信息。
[0104]8.解調(diào)器中，由32位或者8位的微處理器通過串行數(shù)字接口來控制射頻低噪聲放大器6和中頻放大器9的增益，并為射頻頻率綜合器提供數(shù)字控制信息。
[0105]總體而言，本發(fā)明中的AM解調(diào)器屬于兩級下變頻結(jié)構(gòu)的接收機(jī)，在中頻到基帶的環(huán)節(jié)采用了基于限幅放大器的自混頻技術(shù)，省去了傳統(tǒng)意義上的載波恢復(fù)環(huán)路，大大節(jié)省了接收機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)的成本。
[0106]基于上述系統(tǒng)本發(fā)明的近距離2-5兆帶寬模擬無線信號調(diào)制方法，包括如下步驟:
[0107](SI)將輸入端的模擬視頻信號進(jìn)行低通濾波；
[0108](S2)根據(jù)載波信號把基帶的AM信號上變頻至發(fā)送的頻段；
[0109](S3)放大已經(jīng)調(diào)制到載波頻段的視頻信號。
[0110]基于上述系統(tǒng)本發(fā)明的近距離2-5兆帶寬模擬無線信號解調(diào)方法，包括如下步驟:
[0111](SI)把目標(biāo)頻段的信號放大后下變頻到中頻信號；
[0112](S2)通過中頻帶通濾波和放大后用限幅放大器提取出載波信號；
[0113](S3)根據(jù)載波信號把所述中頻信號下變頻到基帶。
[0114]其中，步驟SI和步驟S3所述的中頻信號頻率為20Mhz?30Mhz。
[0115]實施例一
[0116]這里系統(tǒng)實施案例給出了各部分組件的可選用芯片型號，并提供了部分相應(yīng)電路圖
[0117]AM調(diào)制發(fā)送系統(tǒng):
[0118]1.低通濾波器可選擇SKYW0RKS的SKY73201-364LF，是帶寬I?28Mhz數(shù)字可調(diào)的6階巴特沃斯低通濾波器，完全可以滿足視頻監(jiān)控時2?5Mhz的帶寬需求。
[0119]2.上變頻混頻器可以選擇 ADI 公司的 AD8343，是 DC-to-2.5GHz High IP3ActiveMixer
[0120]3.本振信號產(chǎn)生可以選擇Silicon Labs公司的Si4136射頻頻率綜合器，用于產(chǎn)生62.5Mhz?100Mhz的載波信號。
[0121]4.功放PA可以選用ADI公司的ADL5545，這是一款30M?6Ghz的中頻/射頻增益模塊。
[0122]5.控制CPU可以選擇ST意法半導(dǎo)體的STM32F103T8U6，由SPI 口或者其他GP1控制調(diào)制器中的本振信號頻率，低通濾波器帶寬等指標(biāo)。
[0123]AM解調(diào)接收系統(tǒng)
[0124]1.第一級低噪聲放大器可選用ADI公司的ADL5523，是一款400M?4Ghz的低噪聲放大器，增益21.5db
[0125]2.第二級，下變頻混頻器和射頻頻率綜合器的選擇可以和AM調(diào)制器相同，即選用ADI公司的AD8343作為混頻器，Silicon Labs公司的Si4136作為頻率綜合器
[0126]3.第三級中，中頻放大器可選擇ADI公司的ADL5531，這是一款20M?500Mhz的中頻放大器，增益20.6db ;限幅放大器可以選用ADI公司的ADN2891，這是一款通過信號頻率達(dá)3.2Gbps的限幅放大器。
[0127]4.MCU的選擇可以和調(diào)制器相同，采用ST意法半導(dǎo)體的STM32F103T8U6，由SPI 口或者其他GP1控制調(diào)制器中的本振信號頻率，低通濾波器帶寬等指標(biāo)。
[0128]5.第三級中的中頻帶通濾波器，可以由運(yùn)放+RC電阻電容網(wǎng)絡(luò)的方式實現(xiàn)，下圖4就是一種20M為中心頻點，帶寬為5M的中頻帶通濾波器實例。運(yùn)放可選用ST公司的型號為TSHl 14的寬帶低噪聲運(yùn)算放大器。
[0129]介紹完本發(fā)明AM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的的各部分選型方案后，我們列出一些關(guān)鍵模塊的芯片應(yīng)用電路實例，供實現(xiàn)時參考。
[0130](I)圖5是AD8343的應(yīng)用電路實施案例，其中單端和雙端信號轉(zhuǎn)換的射頻變壓器13、14、15又稱為射頻巴倫。
[0131](2)圖6是Si4136射頻頻率綜合器的電路應(yīng)用方案實例。
[0132](3)圖7是ADL5545功率放大器的電路應(yīng)用方案實例。
[0133](4)圖8是32位控制CPU STM32F103T8U6的應(yīng)用方案實例。
[0134]與現(xiàn)有的處理技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下技術(shù)優(yōu)點:
[0135](I)本發(fā)明是關(guān)于2?5M帶寬視頻AM調(diào)制解調(diào)器的一種低成本實現(xiàn)方案，是基于分立芯片實現(xiàn)的收發(fā)系統(tǒng)。這里不和集成的單片射頻收發(fā)芯片相比，因為視頻傳輸在各個應(yīng)用可能允許的頻段各不相同，沒有一款單芯片的方案可以適應(yīng)所有的頻段，必然有些場合允許的傳輸頻段找不到相應(yīng)的射頻收發(fā)芯片。這時提出一個低成本的系統(tǒng)級通用低成本收發(fā)方案就有重大的意義了。
[0136](2)本發(fā)明的另一主要優(yōu)點在于實現(xiàn)方案的低成本和低復(fù)雜度。傳統(tǒng)AM接收解調(diào)器的主要難度在于恢復(fù)出同頻同相位的載波，這一過程需要諸如COSTAS環(huán)路之類的同步技術(shù)實現(xiàn)，在模擬域，這樣的同步環(huán)路無論是調(diào)試還是實現(xiàn)都需要較高的成本。在本發(fā)明中，把目標(biāo)待解調(diào)信號下變到中頻后，利用限幅放大器可以直接得到和發(fā)送端同頻的載波，這樣得到的載波雖然殘留了晶振帶來的抖動，但是對于模擬視頻信號的質(zhì)量影響不大，卻是大大降低了實現(xiàn)的復(fù)雜度和成本。
【權(quán)利要求】
1.一種近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)送裝置和接收裝置； 所述發(fā)送裝置即AM調(diào)制器，其進(jìn)一步包括: 低通濾波器，輸入端連接模擬視頻信號，輸出端連接上變頻混頻器，用于將輸入端的模擬視頻信號進(jìn)行低通濾波； 所述的上變頻混頻器，輸入端連接所述的低通濾波器和射頻頻率綜合器，輸出端連接功率放大器，用于把基帶的AM信號上變頻至發(fā)送的頻段； 所述功率放大器，輸入端連接所述低通濾波器，輸出端發(fā)送調(diào)制射頻視頻信號，用來放大已經(jīng)調(diào)制到載波頻段的視頻信號，以便于天線發(fā)送； 所述射頻頻率綜合器，輸入端連接微處理器，輸出端連接所述的上變頻混頻器，用于產(chǎn)生混頻器上變頻所需的載波信號； 所述微處理器，輸出端連接所述的射頻頻率綜合器，用于產(chǎn)生控制信號，通過所述射頻頻率綜合器的SPI接口編程控制所述射頻頻率綜合器產(chǎn)生的頻率； 所述接收裝置即AM解調(diào)器，其進(jìn)一步包括: 低噪聲放大器，輸入端接收所述AM調(diào)制器發(fā)送的調(diào)制射頻視頻信號和微處理器，其輸出端連接第一下變頻混合器，用于將射頻信號進(jìn)行放大； 所述第一下變頻混合器，輸入端連接所述的低噪聲放大器和射頻頻率綜合器，輸出端連接帶通濾波器，用于將放大后的射頻信號下變頻至中頻信號； 所述射頻頻率綜合器，輸入端連接所述微處理器，輸出端連接所述第一下變頻混合器和中頻放大器，用于提供所述第一下變頻混和器的載波信號； 所述帶通濾波器，輸入端連接所述第一下變頻混合器，輸出端連接所述中頻放大器和限幅放大器，用于濾除帶外噪聲和壓制相鄰信道干擾； 所述中頻放大器，輸入端連接所述帶通濾波器和所述微處理器，輸出端連接第二下變頻混合器，用于進(jìn)一步放大信號； 微處理器，輸出端連接所述射頻頻率綜合器和所述中頻放大器，通過串行數(shù)字接口來控制所述低噪聲放大器和所述中頻放大器的增益，并為所述射頻頻率綜合器提供數(shù)字控制信息； 所述限幅放大器，輸入端連接所述帶通濾波器，輸出端連接所述第二下變頻混合器，用于提取載波信號； 所述第二下變頻混合器，輸入端連接所述限幅放大器和所述中頻放大器，輸出端連接低通濾波器，用于根據(jù)所述限幅放大器輸出的載波信號把所述中頻信號下變頻到基帶；所述低通濾波器，輸入端連接所述第二下變頻混合器，輸出端發(fā)送解調(diào)后的模擬視頻信號，用于提取已調(diào)信號的包絡(luò)，即恢復(fù)原始的視頻信息。
2.如權(quán)利要求1所述的近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)，其特征在于，所述AM調(diào)制器的低通濾波器具有I?2.5M可調(diào)的截止頻率，可選用帶寬可調(diào)的低通濾波器芯片，或者用有源濾波器和RC網(wǎng)絡(luò)直接實現(xiàn)。
3.如權(quán)利要求2所述的近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)，其特征在于，所述AM調(diào)制器的上變頻混頻器、所述AM解調(diào)器的第一下變頻混合器和第二下變頻混合器均為雙平衡型混頻器。
4.如權(quán)利要求2所述的近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)，其特征在于，所述AM解調(diào)器的低噪聲放大器放大級別通常在1000倍的級別，即30db的放大增益。
5.如權(quán)利要求2所述的近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)，其特征在于，所述AM調(diào)制器的第一下變頻混合器將信號由射頻變?yōu)?0Mhz?30Mhz的中頻信號。
6.如權(quán)利要求5所述的近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)，其特征在于，所述AM調(diào)制器的中頻放大器將所述中頻信號放大10?100倍，即10?20db的可調(diào)增益。
7.如權(quán)利要求5所述的近距離2-5兆帶寬模擬無線圖傳系統(tǒng)，其特征在于，所述AM調(diào)制器的帶通濾波器為6階有源巴特沃斯濾波器結(jié)構(gòu)。
8.—種近距離2-5兆帶寬模擬無線信號調(diào)制方法，其特征在于，包括如下步驟: (51)將輸入端的模擬視頻信號進(jìn)行低通濾波； (52)根據(jù)載波信號把基帶的AM信號上變頻至發(fā)送的頻段； (53)放大已經(jīng)調(diào)制到載波頻段的視頻信號。
9.一種近距離2-5兆帶寬模擬無線信號解調(diào)方法，其特征在于，包括如下步驟: (51)把目標(biāo)頻段的信號放大后下變頻到中頻信號； (52)通過中頻帶通濾波和放大后用限幅放大器提取出載波信號； (53)根據(jù)載波信號把所述中頻信號下變頻到基帶。
10.如權(quán)利要求9所述的近距離2-5兆帶寬模擬無線信號解調(diào)方法，其特征在于，步驟SI和步驟S3所述的中頻信號頻率為20Mhz?30Mhz。
【文檔編號】H04N5/44GK104333737SQ201410588892
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】段莉華, 蘇佳寧, 王平 申請人:北京大學(xué)軟件與微電子學(xué)院無錫產(chǎn)學(xué)研合作教育基地