溫小東

摘 要 本文首先分析了無線通信發(fā)展對無線電監(jiān)測帶來的技術挑戰(zhàn)，介紹了傳統(tǒng)無線電監(jiān)測系統(tǒng)模型組成及能力要求。在充分分析數字通信系統(tǒng)和部分通信系統(tǒng)信號波形的基礎上，設計了一種可擴展的信號解碼系統(tǒng)。本文給出了解碼系統(tǒng)的功能組成和結構，并且完成了系統(tǒng)組成模塊的詳細設計，文章最后簡要介紹了解碼系統(tǒng)的應用方式和實現情況。

關鍵詞 無線電監(jiān)測；波形分析；信號解碼

中圖分類號 TP39 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）164-0077-02

無線電通信技術快速發(fā)展，通信手段和方式日益豐富，獲取通信設備越來越容易，既給人民生產生活帶來了便利，也為各種違法犯罪分子提供了作案工具。為了維護電磁頻譜的正常秩序，及時查處打擊以偽基站、黑廣播、考試作弊等為主的各種違法行為[1]，以及監(jiān)測并解決由于頻率泄露、互調等造成的各種無意干擾，要求頻譜監(jiān)測系統(tǒng)必須具備在異常復雜擁擠的電磁環(huán)境中識別用頻屬性，區(qū)分用頻性質的能力。

傳統(tǒng)無線電頻譜監(jiān)測系統(tǒng)主要獲取信號在頻域、時域、空域、能量域的特征，很難區(qū)分無線發(fā)射個體以及用頻目的。因此增加監(jiān)測系統(tǒng)對信號的處理深度、具備信息解碼功能，增加信息域特征的監(jiān)測能力，能更好的服務于頻譜管理工作。

1 無線電監(jiān)測系統(tǒng)模型

ITU頻譜監(jiān)測手冊推薦的典型數字接收監(jiān)測系統(tǒng)模型如圖1所示[2]。模型中包括輸入濾波器、RF放大器、RF調諧器、模擬/數字轉換器（A/D）、數字信號處理器、模擬信號解調器、數字信號解調器等部件。

輸入濾波器將所需的RF信號經過濾波后送到RF放大器中進行放大；混頻器和本地振蕩器將寬帶RF頻譜中所關心的部分搬移到中頻（IF）頻帶；由模擬/數字轉換器（A/D）和其他電路完成對中頻（IF）信號進行采樣數字化；數字信號處理器對得到的數字信號進行數字濾波、分析、測量、分類識別，獲取信號頻率、頻偏、調制樣式、符號速率、音長等外部特征；數字信號處理器把經窄帶濾波抽取后的窄帶數字信號分別輸出至模擬解調器進行模擬解調獲得音頻輸出；輸出至數字解調器進行數字解調獲得解調碼流；系統(tǒng)同時可以輸出模擬中頻（IF）信號和數字中頻信號供系統(tǒng)擴展使用。

ITU-頻譜監(jiān)測手冊推薦的監(jiān)測系統(tǒng)模型沒有包括信號解碼部件，也沒有對解碼功能進行詳細要求。

2 解碼功能需求分析

為了實現信號解碼，需要對通信過程進行深入分析。根據數字通信系統(tǒng)模型[3]，信源發(fā)送一般要經過壓縮編碼、保密編碼、信道編碼、調制等過程，接收則要有與之相反的解調、解碼過程。在復雜的系統(tǒng)中可能還需要加上多路復用、多址訪問等過程和與之相反的解多址、多路分接過程。

從數字通信系統(tǒng)模型可知，要實現信號解碼，必須獲取信源發(fā)送方所使用的調制方式、信道編碼、信源編碼等。目前通信系統(tǒng)種類繁多，波形各不相同，無法使用一種方法完成對所有信號的解碼。需要逐一對每種通信系統(tǒng)在信源發(fā)送過程中所用的方法進行分析、提取特征，根據波形對信號進行分類，然后針對每種波形設計不同的解碼器。

據不完全統(tǒng)計，在短波（HF）頻段主要有ARQ6-70、ARQ-E、ASCII、AUTOSPEC、COQUELET-8、COQUELET-13等超過100種波形，在超短波（VHF/UHF）頻段主要包括ATIS、AIS、BIIS-1200等幾十種民用波形。表1是幾種信號波形的主要特征，從表中可見，不同系統(tǒng)的信號波形，可以通過外部特征加以區(qū)分。

3 解碼系統(tǒng)設計

3.1 結構及組成

解碼系統(tǒng)由解碼調度器、預選器、數據緩存和解碼器庫組成，如圖2所示。為了和監(jiān)測系統(tǒng)模型對接，在解碼系統(tǒng)，可以獲取外部數字信號處理以及解調模塊的數據。

解碼調度器是解碼系統(tǒng)的調度控制中心。解碼調度器提供對外接口供數字信號處理和數字解調器以及人機交互使用，輸入解碼器參數、分類識別結果、解調碼流等外部信息，為選擇調用解碼器提供依據、運行參數、輸入數據；同時輸出解碼器的狀態(tài)信息以及解碼結果。解碼調度器提供對內接口供預選器獲取指令和參數完成解碼器的選擇，并控制解碼器運行，管理數據緩存器中的數據。

預選器根據指令或者分類識別結果中的調制參數、頻率、波特率、頻移間隔等參數，通過對解碼器庫進行匹配查找，完成解碼器預選，將一種或可能的幾種解碼器形成一個選擇列表輸出到解碼器調度器。

解碼器庫用來管理和組織所有的解碼器。每個解碼器被設計為獨立解碼軟件，在軟件形態(tài)上為軟件動態(tài)庫。在系統(tǒng)啟動時解碼器被逐一調用啟動，通過約定好的接口向系統(tǒng)進行注冊登記，同時需要注冊解碼器所適用的系統(tǒng)特征，如頻率、波特率、音長、頻移間隔等信息，預選器工作時可以通過上述信息查詢到該解碼器。每個解碼器都需要提供統(tǒng)一的調用接口以輸出狀態(tài)信息、解碼結果（文本、圖像、聲音）。

數據緩存接收并存儲數字解調器輸出的解調碼流。

3.2 數據緩存

數據緩存中的解調碼流可以被一個或多個解碼器讀取進行解碼，同時要保證數字解調器輸出碼流能夠持續(xù)穩(wěn)定輸入并被保存，根據這種使用要求，數據緩存采用循環(huán)隊列數據結構形式[4]，能夠保證數據在兩端都可以操作。每個數據塊除了包含數據信息外還要包括運行的解碼器數量，只有數據被所有解碼模塊處理完成后才可以被覆蓋。

3.3 預選器

預選器利用選擇矩陣完成對解碼器的選擇，輸出一個解碼器列表。預選器的輸入信息包括調制類型、中心頻率、音長、信道間隔、信道數量、符號速率、頻移間隔、塊長度等。預選器也可以根據用戶的輸入，直接選擇一個解碼器進行輸出。

選擇矩陣按照首先按照頻段（HF、VHF、UHF等）、調制樣式（FSK、MFSK、PSK等）進行分類，然后對每類再按照信號持續(xù)特征（連續(xù)波、脈沖）進行細分，最后依據具體參數對每種波形進行選擇定位。下面僅就部分系統(tǒng)給出分類參考實例：

1）根據頻率、調制樣式、信號持續(xù)特征、頻移間隔和波特率就可以區(qū)分的波形包括：ASCII、ARQ-E、ARQ-E3、ARQ-N、ARQ-M、AUTOSPEC、BAUDOT、FEC-A、FEC-S/SI-FEC、HNG-FEC、POL-ARQ、RUM-FEC、Sitor-B、Spread-11、Spread-21、Spread-51、BULGASCII等。

2）依據頻率、調制樣式、信號持續(xù)特征、頻移間隔、波特率、塊周期及塊長度可以區(qū)分的波形包括：ARQ-S/ SI-ARQ、G-TOR、Sitor-A、Pactor？I、Packed？Radio、SWED-ARQ、ARQ6-70、ARQ6-90、ARQ6-98、TWINPLEX等。

3）依據頻率、調制樣式、信號持續(xù)特征、頻移間隔、波特率、音長、信道編號、信道間隔可以區(qū)分的系統(tǒng)包括：Coquelet-8、Coquelet-13、Coquelet-80、Piccolo？MK6、Piccolo？MK12等。

3.4 解碼器庫

解碼器庫在組織形式上分為3層，分別是解碼器、解碼器組和解碼器庫，在軟件形態(tài)上是一系列動態(tài)庫。解碼器是最基本單位，是針對某一特定波形開發(fā)的解碼軟件模塊。開發(fā)人員可以將相近的波形解碼器打包形成一個解碼器組，解碼器組被封裝到一個動態(tài)庫中，每個解碼器都需具有唯一的標識ID。解碼器組維護一個解碼器字典，用來記錄組內解碼器的引用特征和調用方法，在系統(tǒng)啟動時通過統(tǒng)一的接口向系統(tǒng)注冊并提供調用接口。解碼器庫確保在系統(tǒng)啟動時，每個解碼器組（動態(tài)庫）均被調用，解碼器庫提供注冊接口，新的解碼器組可以便利地通過該接口注冊到解碼器庫中，從而達到持續(xù)更新之目的。

4 結論

本文結合當前無線電監(jiān)測發(fā)展趨勢，通過對通信系統(tǒng)信號波形的詳盡分析，設計了可以擴展的一種信號解碼系統(tǒng)。該系統(tǒng)既可以在DSP或嵌入式計算機上實現，與無線電監(jiān)測系統(tǒng)結合在一起，實現對信號的實時解碼功能，也可在通用計算機上實現，在增加軟件數字信號處理模塊和解調模塊后組成完整的離線信號分析處理、解調解碼系統(tǒng)。本文所設計的解碼系統(tǒng)已經在大型無線電監(jiān)測系統(tǒng)中實現，開發(fā)平臺為PPC和VxWorks，編程語言為C++。

參考文獻

[1]李兆宏，鄭嘉澤.網格化動態(tài)監(jiān)管頻譜資源有力打擊“黑廣播”[J].中國無線電，2015（10）.

[2]ITU.頻譜監(jiān)測手冊[S]，2011：134-136.

[3]樊昌信.通信原理教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004：4-5.

[4]陳媛，何波，等.算法與數據結構[M].北京：清華大學出版社，2005：71-79.