周燦明

摘要：軟件無(wú)線電通信利用多頻段和多模式的無(wú)線通信進(jìn)行互連互通，具有極大的靈活性和適應(yīng)性。文章圍繞無(wú)線電接收機(jī)的信道化技術(shù)、帶通采樣理論等展開(kāi)論述，利用CIC，HBF和FIR級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)下變頻抽取系統(tǒng)的實(shí)際方案作為論據(jù)，對(duì)基于軟件無(wú)線電技術(shù)的信道化技術(shù)等展開(kāi)論述，探討軟件無(wú)線電多速率信號(hào)等處理技術(shù)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：軟件無(wú)線電；信道化；技術(shù)研究

無(wú)線通信技術(shù)經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的發(fā)展之后得到了迅猛的發(fā)展，如今無(wú)論是在軍用還是民用技術(shù)上，各個(gè)頻段的系統(tǒng)和模式都得到了改進(jìn)，為人們提供了多樣服務(wù)，滿足各種需求。對(duì)于無(wú)線通信的頻段和模式的研究也沒(méi)有停止過(guò)，如軟件無(wú)線電的開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)等，硬件的軟件工作平臺(tái)等，相關(guān)研究者對(duì)如何使系統(tǒng)功能具備更好的靈活性和適應(yīng)性進(jìn)行了論證和研究。

1.軟件無(wú)線電概述

軟件無(wú)線電是將硬件作為無(wú)線通信的平臺(tái)，將無(wú)線和個(gè)人通信功能納入到平臺(tái)中，使得不同的信息能夠通過(guò)不同體制的通信網(wǎng)加以傳遞，實(shí)現(xiàn)信息的互聯(lián)互通，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，從最初的模擬信號(hào)發(fā)展到當(dāng)代的數(shù)字信號(hào)、移動(dòng)信號(hào)，其展現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)主要包括，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的通用，功能的靈活應(yīng)用，改進(jìn)和升級(jí)系統(tǒng)得到了保證，不同的通信系統(tǒng)之間可以進(jìn)行良好的具有復(fù)用性的通信。軟件無(wú)線電將對(duì)硬件的依賴轉(zhuǎn)變到獨(dú)立通信，具有很好的復(fù)用性。

軟件無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)是具有計(jì)算密集型等特點(diǎn)的。與數(shù)字和模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換以及計(jì)算速度、運(yùn)算量等方式相關(guān)聯(lián)，總體目標(biāo)是建立通用的可編程的硬件平臺(tái)，在平臺(tái)中，多種信號(hào)波形和傳輸形式得到了不同的軟件模塊的互聯(lián)互通的幫助，對(duì)需求進(jìn)行了最大限度的滿足。一個(gè)軟件接收機(jī)可以適應(yīng)多種信號(hào)傳輸協(xié)議和調(diào)制波形，能夠靠近天線，靈活處理軟件。從當(dāng)前的軟件無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)的內(nèi)容來(lái)看，主要包括了開(kāi)放式的總線結(jié)構(gòu)、寬帶多頻段的天線，高速率的才有那個(gè)精度，高速度的信號(hào)處理標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字變頻濾波以及二次采樣，系統(tǒng)的數(shù)字處理運(yùn)算等。

2.軟件無(wú)線電基礎(chǔ)理論

對(duì)于軟件無(wú)線電研究的基礎(chǔ)思想，是利用天線的射頻模擬的信號(hào)，進(jìn)行數(shù)字化的天線感應(yīng)。將計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行信號(hào)處理后，得到關(guān)于軟件的各種功能的可擴(kuò)展性和環(huán)境的適應(yīng)性。軟件無(wú)線電要面對(duì)的往往是對(duì)模擬信號(hào)的采樣，對(duì)軟件無(wú)線電的基本理論基礎(chǔ)要涉及采樣定理，包括帶通信號(hào)。帶通信號(hào)的采樣定理允許在一個(gè)頻帶上進(jìn)行不同頻帶的信號(hào)的混疊。在需要對(duì)中心頻率的帶通信號(hào)進(jìn)行采樣的同時(shí)，要先對(duì)抗混疊濾波器進(jìn)行采用。

軟件無(wú)線電覆蓋的頻率范圍可以采用中頻采樣的方法進(jìn)行數(shù)字化的覆蓋.這種方法是將模擬的中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，然后在體制的范圍內(nèi)作出超外差的接受，經(jīng)過(guò)改變頻率的數(shù)字化信號(hào)的方法，保證信號(hào)中心的頻率是固定的。

對(duì)于軟件無(wú)線電中的數(shù)字信號(hào)的交換理論的研究：實(shí)信號(hào)的頻譜一般具有共軛的對(duì)稱性。實(shí)行的正負(fù)分量是對(duì)稱的，但是相位的分量是缺失的，由正頻部分和負(fù)頻信號(hào)形成信號(hào)往往不會(huì)丟失信息和產(chǎn)生虛假信號(hào)，但是正頻得到的信號(hào)是含有正頻能量的，被稱為復(fù)信號(hào)。

真實(shí)的窄帶信號(hào)可以用解析信號(hào)來(lái)進(jìn)行表示，解析主要用于數(shù)學(xué)的分析，得到的結(jié)論是要實(shí)現(xiàn)階躍的濾波器是較難的。但是在基帶信號(hào)的作用下就較為容易，對(duì)于模擬方法實(shí)現(xiàn)窄帶信號(hào)的正交交換，缺點(diǎn)在于需要兩個(gè)正交的本振信號(hào)進(jìn)行虛假信號(hào)的制作。

數(shù)字混頻的正交交換需要先將模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字的形成，然后將兩個(gè)正交的本振序列加以相乘，得到數(shù)字低通的濾波。

3.軟件無(wú)線電信道化技術(shù)的研究

軟件無(wú)線電接受平臺(tái)的軟件，可以通過(guò)編程進(jìn)行接受，必須先指導(dǎo)信道的信號(hào)，然后采用被動(dòng)性的技術(shù)搜索到監(jiān)視設(shè)備，對(duì)持續(xù)時(shí)間短的突發(fā)跳頻等進(jìn)行全概率接受。當(dāng)今的數(shù)字化信道技術(shù)已經(jīng)不需要對(duì)信號(hào)條件進(jìn)行驗(yàn)證，其具有高信號(hào)的保真度和靈敏度，并且可以利用信號(hào)處理能力消除脈沖的重疊。

在實(shí)際環(huán)境中，利用到的雷達(dá)信號(hào)是十分密集的。多的可以達(dá)到數(shù)百萬(wàn)個(gè)，同一時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)如此多的信號(hào)，需要很廣的頻率覆蓋范圍，因此需要對(duì)任務(wù)量進(jìn)行后期的信號(hào)處理，并且提高信號(hào)處理后的準(zhǔn)確度和精確度，因此就要對(duì)接受的頻率信號(hào)進(jìn)行信道化的處理，采用正交和雙通道的數(shù)字接收機(jī)，加上并行的信道化電路，稀釋信號(hào)的密度，處理和接受雷達(dá)信號(hào)。將信號(hào)從高頻轉(zhuǎn)變到零中頻，保證信號(hào)的特征信息。

信道化接收機(jī)屬于電子截獲接收機(jī)，用戶通信信號(hào)和雷達(dá)信號(hào)的街區(qū)，截取率高，靈敏度高，能夠?qū)崿F(xiàn)超寬帶的動(dòng)態(tài)偵察，還能對(duì)多個(gè)信號(hào)進(jìn)行截獲。

數(shù)字信道化是將數(shù)字信號(hào)均分為多個(gè)頻帶信號(hào)進(jìn)行輸入，采用采樣數(shù)據(jù)分解的方法，將多路低速率的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，輸出對(duì)應(yīng)不同的頻帶。使用到的設(shè)備包括多相濾波器、頻譜搬移器等等。

使用數(shù)字式信道化的接收機(jī)是射頻分割信道等放在濾波器內(nèi)，成為電路易于處理的頻帶，將信號(hào)數(shù)字化，編程數(shù)據(jù)有產(chǎn)生頻率信息傅里葉變換。

對(duì)于信道化的信道搬遷，使用數(shù)字濾波器濾除所有的鄰道的干擾后，使用信道化功能，對(duì)數(shù)字的信道化濾波進(jìn)行解決。將無(wú)限通信中的硬件和高速數(shù)據(jù)流不匹配的情況，降低射頻采用的頻率，處理軟件無(wú)線電的帶寬的問(wèn)題，提高不同信號(hào)的適應(yīng)性和采樣率，在相同的工作頻率范圍內(nèi)的盲足的數(shù)量上進(jìn)行減少，減少簡(jiǎn)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)頻率高的射頻信號(hào)進(jìn)行采樣，應(yīng)取得較低的變頻率，避免采樣量化的信噪比的產(chǎn)生。

隨著采樣速率提高，后續(xù)信號(hào)的處理可能出現(xiàn)速度跟不上的問(wèn)題，因此采用同步解決條算法可以計(jì)算技術(shù)吞吐率的數(shù)量，解決吞吐率較高的問(wèn)題。例如采用降速處理的方法，轉(zhuǎn)換數(shù)字的變頻技術(shù)，使用數(shù)字下變頻技術(shù)處理多速率的信號(hào)。

4.軟件無(wú)線電中的信道化技術(shù)展望

軟件無(wú)線電系信道化技術(shù)一直是通信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，高效地實(shí)現(xiàn)信道化過(guò)程是統(tǒng)和寬帶數(shù)字接收機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一，得益于濾波器組等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，包含了在接收帶寬內(nèi)的單個(gè)或多個(gè)相互獨(dú)立的子帶信號(hào)，涉及的內(nèi)容包括：?jiǎn)瓮ǖ佬诺阑夹g(shù)、多通道信道化技術(shù)、采樣率轉(zhuǎn)換的高效結(jié)構(gòu)等等，基于GoertZel濾波器的改進(jìn)結(jié)構(gòu)圍繞軟件無(wú)線電中的信道化技術(shù)，通過(guò)與寬帶數(shù)字將存在的混頻序列的頻點(diǎn)位置相對(duì)固定的問(wèn)題加以解決，用于提取號(hào)以便于后端的基帶處理。未來(lái)的發(fā)展，對(duì)于軟件無(wú)線電的信道化技術(shù)來(lái)說(shuō)，首先是要分析了解現(xiàn)有的寬帶數(shù)字下變頻典型結(jié)構(gòu)，比較分析變頻多相濾波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)混頻，提高實(shí)時(shí)處理速度，并針對(duì)用G0ertzel濾波器程，發(fā)現(xiàn)新結(jié)構(gòu)的運(yùn)算量，其提出了一種先抽取、后濾波的方法，從而可以直接獲得精確調(diào)諧。由典型結(jié)構(gòu)的器材，其中M為抽取因子，對(duì)混頻序列的調(diào)諧頻率進(jìn)行多相濾波高效結(jié)構(gòu)以及接收盲區(qū)的不足的分析，通過(guò)與現(xiàn)有高效結(jié)構(gòu)的比較，針對(duì)子帶信號(hào)具有不同帶寬和任意位置分布的情況，提出了基于非均勻?yàn)V波器組的信道化方法來(lái)完成任意分布的、不同帶寬的子帶信號(hào)的信道化接收，通過(guò)與并行單通道數(shù)字下變頻技術(shù)的比較，可以發(fā)現(xiàn)：該方法具有較低的運(yùn)算復(fù)雜度和硬件復(fù)雜度。

結(jié)合新結(jié)構(gòu)具有適中的硬件復(fù)雜度，利用所設(shè)計(jì)的幾乎完全重構(gòu)濾波器組，使得重構(gòu)信號(hào)的誤差控制在很小的范圍。實(shí)現(xiàn)了多標(biāo)準(zhǔn)的寬帶衛(wèi)星鏈路，設(shè)計(jì)高效的原型濾波器中子帶信號(hào)的動(dòng)態(tài)接收和盲信道化接收，獲取混頻序列頻點(diǎn)位置的靈活性。

嘗試采用FPGA和DsP等器件，將改進(jìn)的clc濾波器和內(nèi)插多項(xiàng)式濾波器，并嘗試從硬件上實(shí)現(xiàn)信道化結(jié)多通道接收，用不同的方法來(lái)確定所需設(shè)計(jì)的濾波器組的子信道數(shù)目，更好地實(shí)現(xiàn)無(wú)理數(shù)的采樣率轉(zhuǎn)換。

針對(duì)濾波器存在的不足，提出一種改進(jìn)的Rs濾波器新結(jié)構(gòu)，在獲得好的通阻滯特性的前提下獲得具備多模式、多標(biāo)準(zhǔn)的通信能力，結(jié)構(gòu)強(qiáng)調(diào)高度的調(diào)制濾波器組的信道化方法，簡(jiǎn)化不同的非均勻?yàn)V波器組的設(shè)計(jì)方法，來(lái)完成非均勻分布的、不同帶寬的子帶信號(hào)的信道化接收。

5.結(jié)語(yǔ)

軟件無(wú)線電的信道化技術(shù)和方法，需要掌握中頻段信號(hào)、數(shù)字下變頻的技術(shù)和方法，做大量的研究工作，包括大量的仿真分析，具有一定先進(jìn)性并節(jié)省資源，可提高運(yùn)算效率的變頻結(jié)果和仿真結(jié)果。