天线信号接收过程
转载于:http://blog.****.net/yyt7529/article/details/6427162
一、通过天线接收
二、saw filter声表面滤波器
SAW filter声表面波元件主要作用原理是利用压电材料的压电特性,利用输入与输出换能器(Transducer)将电波的输入信号转换成机械能,经过处理后,再把机械能转换成电的信号,以达到过滤不必要的信号及杂讯,提升收讯品质的目标。 声表滤波器和声表谐振器被广泛应用在各种无线通讯系统、电视机、录放影机及全球卫星定位系统接收器上替代LC谐振电路,用于级间耦合和滤波。主要功用在於把杂讯滤掉,比传统的 LC 滤波器安装更简单、体积更小。其缺点是插入损耗比LC谐振电路大。
三、低噪声放大器
噪声系数很低的放大器。一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器,以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。在放大微弱信号的场合,放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重,因此希望减小这种噪声,以提高输出的信噪比。由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数 F来表示。理想放大器的噪声系数 F=1(0分贝) ,其物理意义是输出信噪比等于输入信噪比。现代的低噪声放大器大多采用晶体管、场效应晶体管;微波低噪声放大器则采用变容二极管参量放大器 ,常温 参放的 噪声 温度 Te 可低于几十度(绝对温度),致冷参量放大器可达 20K以下,砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器的应用已日益广泛,其噪声系数可低于 2 分贝。放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。在工作频率和信源内阻均给定的情况下,噪声系数也和晶体管直流工作点有关。为了兼顾低噪声和高增益的要求,常采用共发射极一共基极级联的低噪声放大电路。
四、混频器
变频(或混频),是将信号频率由一个量值变换为另一个量值的过程。具有这种功能的电路称为变频器(或混频器)。
一般用混频器产生中频信号:
混频器将天线上接收到的信号与本振产生的信号混频,当混频的频率等于中频时,这个信号可以通过中频放大器,被放大后,进行峰值检波。检波后的信号被视频放大器进行放大,然后显示出来。由于本振电路的振荡频率随着时间变化,因此频谱分析仪在不同的时间接收的频率是不同的。当本振振荡器的频率随着时间进行扫描时,屏幕上就显示出了被测信号在不同频率上的幅度,将不同频率上信号的幅度记录下来,就得到了被测信号的频谱。
五、阻塞抑制滤波器,可变信道选择滤波器
参照滤波器相关文章。
六、模拟信道均衡
均衡根据通信系统中的一项重要技术,分为两种方式:频域均衡和时域均衡。频域均衡是利用可调滤波器的频率特性来弥补实际信道的幅频特性和群延时特性,使包括均衡器在内的整个系统的总频率特性满足无码间干扰传输条件。时域均衡是直接从时间响应角度考虑,使包括均衡器在内的整个传输系统的冲激响应满足无码间干扰条件。频域均衡满足奈奎斯特整形定理的要求,仅在判决点满足无码间干扰的条件相对宽松一些。所以,在数字通信中一般采用时域均衡。
时域均衡器可以分两大类:线性均衡器和非线性均衡器。如果接收机中判决的结果经过反馈用于均衡器的参数调整,则为非线性均衡器;反之,则为线性均衡器。在线性均衡器中,最常用的均衡器结构是线性横向均衡器,它由若干个抽头延迟线组成,延时时间间隔等于码元间隔 。非线性均衡器的种类较多,包括判决反馈均衡器(DFE)、最大似然(ML)符号检测器和最大似然序列估计等。均衡器的结构可分为横向和格型等。因为很多数字通信系统的信道(例如无线移动通信信道)特性是未知和时变的,要求接收端的均衡器必须具有自适应的能力。所以,均衡器可以采用自适应信号处理的相关算法,以实现高性能的信道均衡,这类均衡器称为自适应均衡器。
自适应均衡器的工作过程包含两个阶段,一是训练过程,二是跟踪过程。在训练过程中,发送端向接收机发射一组已知的固定长度训练序列,接收机根据训练序列设定滤波器的参数,使检测误码率最小。典型的训练序列是伪随机二进制信号或一个固定的波形信号序列,紧跟在训练序列后面的是用户消息码元序列。接收机的自适应均衡器采用递归算法估计信道特性,调整滤波器参数,补偿信道特性失真,训练序列的选择应满足接收机均衡器在最恶劣的信道条件下也能实现滤波器参数调整,所以,训练序列结束后,均衡器参数基本接近最佳值,以保证用户数据的接收,均衡器的训练过程成功了,称为均衡器的收敛。在接收用户消息数据时,均衡器还不断随信道特性的变化连续地改变均衡器参数。
均衡器的收敛时间受均衡算法、均衡器结构和信道特性的变化情况所决定。通常,均衡器需要通过重复性地周期训练保证能够一直有效地抑制码间干扰。所以,用户数据序列需要被分割成数据分组或时隙分段发送。
均衡器通常工作在接收机的基带或中频信号部分,基带信号的复包络含有信道带宽信号的全部信息,所以,均衡器通常在基带信号完成估计信道冲激响应和解调输出信号中实现自适应算法等
七、可编程增益放大器
随着计算机的应用,为了减少硬件设备,可以使用可编程增益放大器(PGA:Pmgrammable Gain Amplifier)。它是一种通用性很强的放大器,其放大倍数可以根据需要用程序进行控制。采用这种放大器,可通过程序调节放大倍数,使A/D转换器满量程信号达到均一化,因而大大提高测量精度。所谓量程自动转换就是根据需要对所处理的信号利用可编程增益放大器进行倍数的自动调节,以满足后续电路和系统的要求。 可编程增益放大器有两种——组合PGA和集成PGA。
组合PGA一般由运算放大器、仪器放大器或隔离型放电器再加上一些其他附加电路组成。器工作原理是通过程序调整多路转换开关接通的反馈电阻的数值,从而调整放大器的放大倍数。
常用的仪用测量放大器采用两级放大电路,第一级采用同向并联差动放大器,第二级加了一级基本差动放大器,从而构成仪用放大器。改电路的最大优点是输入阻抗高,共模抑制能力强,增益调节方便,并由于结构对称,矢调电压及温度漂移小,故在传感器微弱信号放大系统中得到广泛应用。
专门设计的可编程增益放大器电路即集成PGA。集成PGA电路的种类很多,如美国微芯Microchip公司生产的MCP6S21、MCP6S22、MCP6S26、MCP6S28系列,美国模拟仪器公司Analog Devices生产的AD8321等,都属于可编程增益放大器。下面是以MCP6S系列PGA为例说明这种电路的原理及应用,其他于此类似。
MCP6S系列时一种单端、可级联、增益可编程放大器,MCP6S21、MCP6S22、MCP6S26、MCP6S28分别是1路、2路、6路、8路可编程增益放大器,其主要特点如下:
·8种可编程增益选择:+1、+2、+4、+5、+8、+10、+16或+32;
·SPI串行编程接口;
·级联输入和输出;
·低增益误差,最大正负百分之一;
·低漂移,最大正负275uv;
·低电源电流,典型值为1mA;
·单电源供电,2.5V~5.5V。
八、ADC(A/D,D/A)
通过可编程增益放大器把信号放大到ADC可接收的范围,进行模拟信道的采样转变成数字信号,输出到基带进行后续的处理。
无线电信号RF(射频)进入天线,转换为IF (中频),再转换为基带(I,Q信号),但仍然是较低的频率。
接收: 射频 -> 中频 -> 基带
发射: 基带 -> 中频 -> 射频
传统接收在射频信号和基带之间的转换分为多步(一下变,二下变)进行,首先:射频和中频之间转换,然后中频和基带间转换。(中间要转就得有滤波,SAW )
接收机的射频和中频链路都有声表滤波器。零中频技术只是取消中频滤波器,而且目前只有在某些对抗干扰要求不高的应用(手机也算)才选用零中频技术,零中频技术仍然有许多技术问题需要解决。有了零中频技术的应用将使得GSM系统对中频滤波器的需求才得以减少,体积才得以下来。
随着移动电话向多频段、多模化方向发展,手机内声表滤波器的个数会不断增加。根据结构的不同,一个双频手机有多达七个声表滤波器,其中只有两个是中频滤波器。采用"零中频技术"可省略无线通信系统中的中频滤波级,达到削减整机成本的目的。虽然零中频技术已发展多年,并且某些类型的寻呼和GSM手机也已采用,但是目前的零中频技术无法满足电路对高性能的要求。
零中频接收技术,即RF信号不需要变换到中频,而是一次直接变换到模拟基带I/Q信号,然后再解调 .
近年来,软件无线电作为一个新兴的技术对传统的无线电技术领域进行革命性的冲击。零中频已经变得很有实用价值。 开源软甲无线电 GNU Radio 是免费的软件开发工具套件。它提供信号运行和处理模块,用它可以在易制作的低成本的射频(RF)硬件和通用微处理器上实现软件定义无线电。这套套件广泛用于业余爱好者,学术机构和商业机构用来研究和构建无线通信系统。
GNU Radio 的应用主要是用 Python 编程语言来编写的。但是其核心信号处理模块是C++在带浮点运算的微处理器上构建的。因此,开发者能够简单快速的构建一个实时、高容量的无线通信系统。
尽管其主要功用不是仿真器,GNU Radio 在没有射频 RF 硬件部件的境况下支持对预先存储和(信号发生器)生成的数据进行信号处理的算法的研究。
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epoll简介及触发模式(accept、read、send)-epoll的简单介绍 epoll在LT和ET模式下的读写方式 一、epoll的接口非常简单,一共就三个函数:1. int epoll_create(int size);创建一个epoll的句柄,size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select中的第一个参数,给出最大监听的fd+1的值。需要注意的是,当创建好epoll句柄后,它就是会占用一个fd值,在linux下如果查看/proc/进程id/fd/,是能够看到这个fd的,所以在使用完epoll后,必须调用close关闭,否则可能导致fd被耗尽。2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);epoll的事件注册函数,它不同与select是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件,而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create的返回值,第二个参数表示动作,用三个宏来表示:EPOLL_CTL_ADD:注册新的fd到epfd中;EPOLL_CTL_MOD:修改已经注册的fd的监听事件;EPOLL_CTL_DEL:从epfd中删除一个fd;第三个参数是需要监听的fd,第四个参数是告诉内核需要监听什么事,struct epoll_event结构如下:struct epoll_event { __uint32_t events; /* Epoll events */ epoll_data_t data; /* User data variable */};events可以是以下几个宏的集合:EPOLLIN :表示对应的文件描述符可以读(包括对端SOCKET正常关闭); EPOLLIN事件:EPOLLIN事件则只有当对端有数据写入时才会触发,所以触发一次后需要不断读取所有数据直到读完EAGAIN为止。否则剩下的数据只有在下次对端有写入时才能一起取出来了。现在明白为什么说epoll必须要求异步socket了吧?如果同步socket,而且要求读完所有数据,那么最终就会在堵死在阻塞里。 EPOLLOUT:表示对应的文件描述符可以写; EPOLLOUT事件:EPOLLOUT事件只有在连接时触发一次,表示可写,其他时候想要触发,那要先准备好下面条件:1.某次write,写满了发送缓冲区,返回错误码为EAGAIN。2.对端读取了一些数据,又重新可写了,此时会触发EPOLLOUT。简单地说:EPOLLOUT事件只有在不可写到可写的转变时刻,才会触发一次,所以叫边缘触发,这叫法没错的!其实,如果真的想强制触发一次,也是有办法的,直接调用epoll_ctl重新设置一下event就可以了,event跟原来的设置一模一样都行(但必须包含EPOLLOUT),关键是重新设置,就会马上触发一次EPOLLOUT事件。1. 缓冲区由满变空.2.同时注册EPOLLIN | EPOLLOUT事件,也会触发一次EPOLLOUT事件这个两个也会触发EPOLLOUT事件 EPOLLPRI:表示对应的文件描述符有紧急的数据可读(这里应该表示有带外数据到来);EPOLLERR:表示对应的文件描述符发生错误;EPOLLHUP:表示对应的文件描述符被挂断;EPOLLET: 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式,这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。EPOLLONESHOT:只监听一次事件,当监听完这次事件之后,如果还需要继续监听这个socket的话,需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);等待事件的产生,类似于select调用。参数events用来从内核得到事件的集合,maxevents告之内核这个events有多大,这个maxevents的值不能大于创建epoll_create时的size,参数timeout是超时时间(毫秒,0会立即返回,-1将不确定,也有说法说是永久阻塞)。该函数返回需要处理的事件数目,如返回0表示已超时。-------------------------------------------------------------------------------------------- 从man手册中,得到ET和LT的具体描述如下EPOLL事件有两种模型:Edge Triggered (ET)Level Triggered (LT)假如有这样一个例子:1. 我们已经把一个用来从管道中读取数据的文件句柄(RFD)添加到epoll描述符2. 这个时候从管道的另一端被写入了2KB的数据3. 调用epoll_wait(2),并且它会返回RFD,说明它已经准备好读取操作4. 然后我们读取了1KB的数据5. 调用epoll_wait(2)......Edge Triggered 工作模式:如果我们在第1步将RFD添加到epoll描述符的时候使用了EPOLLET标志,那么在第5步调用epoll_wait(2)之后将有可能会挂起,因为剩余的数据还存在于文件的输入缓冲区内,而且数据发出端还在等待一个针对已经发出数据的反馈信息。只有在监视的文件句柄上发生了某个事件的时候 ET 工作模式才会汇报事件。因此在第5步的时候,调用者可能会放弃等待仍在存在于文件输入缓冲区内的剩余数据。在上面的例子中,会有一个事件产生在RFD句柄上,因为在第2步执行了一个写操作,然后,事件将会在第3步被销毁。因为第4步的读取操作没有读空文件输入缓冲区内的数据,因此我们在第5步调用 epoll_wait(2)完成后,是否挂起是不确定的。epoll工作在ET模式的时候,必须使用非阻塞套接口,以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。最好以下面的方式调用ET模式的epoll接口,在后面会介绍避免可能的缺陷。 i 基于非阻塞文件句柄 ii 只有当read(2)或者write(2)返回EAGAIN时才需要挂起,等待。但这并不是说每次read时都需要循环读,直到读到产生一个EAGAIN才认为此次事件处理完成,当read返回的读到的数据长度小于请求的数据长度时,就可以确定此时缓冲中已没有数据了,也就可以认为此事读事件已处理完成。Level Triggered 工作模式相反的,以LT方式调用epoll接口的时候,它就相当于一个速度比较快的poll(2),并且无论后面的数据是否被使用,因此他们具有同样的职能。因为即使使用ET模式的epoll,在收到多个chunk的数据的时候仍然会产生多个事件。调用者可以设定EPOLLONESHOT标志,在 epoll_wait(2)收到事件后epoll会与事件关联的文件句柄从epoll描述符中禁止掉。因此当EPOLLONESHOT设定后,使用带有 EPOLL_CTL_MOD标志的epoll_ctl(2)处理文件句柄就成为调用者必须作的事情。然后详细解释ET, LT:LT(level triggered)是缺省的工作方式,并且同时支持block和no-block socket.在这种做法中,内核告诉你一个文件描述符是否就绪了,然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作,内核还是会继续通知你的,所以,这种模式编程出错误可能性要小一点。传统的select/poll都是这种模型的代表.ET(edge-triggered)是高速工作方式,只支持no-block socket。在这种模式下,当描述符从未就绪变为就绪时,内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪,并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知,直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了(比如,你在发送,接收或者接收请求,或者发送接收的数据少于一定量时导致了一个EWOULDBLOCK 错误)。但是请注意,如果一直不对这个fd作IO操作(从而导致它再次变成未就绪),内核不会发送更多的通知(only once),不过在TCP协议中,ET模式的加速效用仍需要更多的benchmark确认(这句话不理解)。在许多测试中我们会看到如果没有大量的idle -connection或者dead-connection,epoll的效率并不会比select/poll高很多,但是当我们遇到大量的idle- connection(例如WAN环境中存在大量的慢速连接),就会发现epoll的效率大大高于select/poll。(未测试)另外,当使用epoll的ET模型来工作时,当产生了一个EPOLLIN事件后,读数据的时候需要考虑的是当recv返回的大小如果等于请求的大小,那么很有可能是缓冲区还有数据未读完,也意味着该次事件还没有处理完,所以还需要再次读取: 这里只是说明思路(参考《UNIX网络编程》) while(rs) {buflen = recv(activeevents[i].data.fd, buf, sizeof(buf), 0);if(buflen < 0){// 由于是非阻塞的模式,所以当errno为EAGAIN时,表示当前缓冲区已无数据可读// 在这里就当作是该次事件已处理处.if(errno == EAGAIN)break; else return; }else if(buflen == 0) { // 这里表示对端的socket已正常关闭. } if(buflen == sizeof(buf) rs = 1; // 需要再次读取 else rs = 0; } 还有,假如发送端流量大于接收端的流量(意思是epoll所在的程序读比转发的socket要快),由于是非阻塞的socket,那么send函数虽然返回,但实际缓冲区的数据并未真正发给接收端,这样不断的读和发,当缓冲区满后会产生EAGAIN错误(参考man send),同时,不理会这次请求发送的数据.所以,需要封装socket_send的函数用来处理这种情况,该函数会尽量将数据写完再返回,返回-1表示出错。在socket_send内部,当写缓冲已满(send返回-1,且errno为EAGAIN),那么会等待后再重试.这种方式并不很完美,在理论上可能会长时间的阻塞在socket_send内部,但暂没有更好的办法. ssize_t socket_send(int sockfd, const char* buffer, size_t buflen) { ssize_t tmp; size_t total = buflen; const char *p = buffer; while(1) { tmp = send(sockfd, p, total, 0); if(tmp < 0) { // 当send收到信号时,可以继续写,但这里返回-1. if(errno == EINTR) return -1; // 当socket是非阻塞时,如返回此错误,表示写缓冲队列已满, // 在这里做延时后再重试. if(errno == EAGAIN) { usleep(1000); continue; } return -1; } if((size_t)tmp == total) return buflen; total -= tmp; p += tmp; } return tmp; } 二、epoll在LT和ET模式下的读写方式 在一个非阻塞的socket上调用read/write函数, 返回EAGAIN或者EWOULDBLOCK(注: EAGAIN就是EWOULDBLOCK) 从字面上看, 意思是: * EAGAIN: 再试一次 * EWOULDBLOCK: 如果这是一个阻塞socket, 操作将被block * perror输出: Resource temporarily unavailable 总结: 这个错误表示资源暂时不够, 可能read时, 读缓冲区没有数据, 或者, write时,写缓冲区满了 。 遇到这种情况, 如果是阻塞socket, read/write就要阻塞掉。 而如果是非阻塞socket, read/write立即返回-1, 同 时errno设置为EAGAIN. 所以, 对于阻塞socket, read/write返回-1代表网络出错了. 但对于非阻塞socket, read/write返回-1不一定网络真的出错了. 可能是Resource temporarily unavailable. 这时你应该再试, 直到Resource available. 综上, 对于non-blocking的socket, 正确的读写操作为: 读: 忽略掉errno = EAGAIN的错误, 下次继续读 写: 忽略掉errno = EAGAIN的错误, 下次继续写 对于select和epoll的LT模式, 这种读写方式是没有问题的. 但对于epoll的ET模式, 这种方式还有漏洞. epoll的两种模式 LT 和 ET
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