短波通信中多通道數(shù)字接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)

梅冬MEI Dong；黎琴LI Qin；王駿揚(yáng)WANG Jun-yang；楊宇宸YANG Yu-chen；李康LI Kang

（①常州國光數(shù)據(jù)通信有限公司，常州 213023；②南京理工大學(xué)電子工程與光電技術(shù)，南京 210094）

（①Changzhou Guoguang Data Communication CO.LTD.，Changzhou 213023，China；②School of Electronic Engineering and Optoelectronic Technology，Nanjing University of Science &Technology，Nanjing 210094，China）

0 引言

短波通信是無線通信中的一種，頻率范圍為3MHz～30MHz，通信距離較遠(yuǎn)[1-3]。盡管當(dāng)前新型無線通信系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，短波通信仍受到全世界的重視。

短波信號(hào)載頻較低，最高不超過30MHz，信道帶寬一般不超過5KHz，如果是音頻信號(hào)帶寬，則可控制在3KHz以內(nèi)，因此現(xiàn)代接收機(jī)利用快速發(fā)展的軟件無線電技術(shù)[4]已可實(shí)現(xiàn)直接采樣和實(shí)時(shí)處理。針對短波通信頻率較低、帶寬較小的特點(diǎn)，可利用高速AD 采樣技術(shù)和數(shù)字信道化技術(shù)[5-7]來實(shí)現(xiàn)高靈敏度的多通道短波接收機(jī)。

1 數(shù)字信道化接收機(jī)

數(shù)字化接收機(jī)由模擬射頻前端、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)字信號(hào)處理三部分組成。接收機(jī)在實(shí)現(xiàn)過程中，帶寬和靈敏度一直是一對矛盾的指標(biāo)。對于短波通信這種窄帶通信信號(hào)，為獲得較高的接收靈敏度通常需要采用數(shù)字信道化的方法，將寬帶采樣信號(hào)通過數(shù)字信道化處理變成多個(gè)窄帶低速率信道信號(hào)并輸出，從而大大提高信號(hào)的信噪比，提高接收靈敏度。相比傳統(tǒng)的接收機(jī)，采用數(shù)字采樣的信道化接收機(jī)，具有靈敏度高，設(shè)置靈活等特點(diǎn)。可以根據(jù)靈敏度指標(biāo)和實(shí)際信號(hào)的帶寬來選擇信道化個(gè)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)只通過改變軟件而不修改硬件設(shè)計(jì)就可滿足不同指標(biāo)的接收機(jī)要求。

短波通信信道化接收機(jī)框圖如圖1 所示。

圖1 短波通信信道化接收機(jī)結(jié)構(gòu)

短波通信信道化接收機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。因?yàn)槎滩l段頻率較低，因此可采用低通采樣，目前主流的ADC 和信號(hào)處理器的吞吐率完全可以滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求，并可降低對射頻前端的要求。射頻前端只需對信號(hào)進(jìn)行放大和低通濾波。若射頻信號(hào)的帶寬相對與信道化輸出的帶寬較大，則可先通過DDC 進(jìn)行數(shù)字下變頻和濾波，再將采樣信號(hào)劃分為若干個(gè)信道，然后對每個(gè)信道進(jìn)行數(shù)字信道化，即可降低信道化接收機(jī)的復(fù)雜度。

2 多信道短波數(shù)字信道化接收機(jī)實(shí)現(xiàn)

2.1 短波信道的信道劃分

短波通信的頻率范圍是3MHz 到30MHz，由于用于語音通信的短波通信信道帶寬只有3kHz，若直接對整個(gè)頻帶信道化，實(shí)現(xiàn)起來結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜。為了減小信道化接收機(jī)的復(fù)雜度，首先將整個(gè)頻帶劃分為N 個(gè)通道，每個(gè)通道再利用一個(gè)信道化接收機(jī)進(jìn)行接收。這樣可通過采用多個(gè)接收機(jī)來實(shí)現(xiàn)全頻帶覆蓋，且每個(gè)接收機(jī)的復(fù)雜度又降低到了可實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)。圖2 是信道化分示意圖。

如圖2 所示，采樣信號(hào)進(jìn)行信道劃分后變成了N 個(gè)子信道，然后利用DDC 將每個(gè)子信道搬移到基帶，最后通過改變DDC 的頻率參數(shù)，即可得到N 個(gè)信道的信號(hào)。

2.2 信道化模塊的設(shè)計(jì) 對于每個(gè)子信道，如要實(shí)現(xiàn)任意3KHz 信號(hào)的隨機(jī)提取，每個(gè)子信道的帶寬仍然太寬，因此考慮兩級(jí)信道化處理，首先對整個(gè)子信道進(jìn)行均勻信道化[8-9]，然后再在均勻信道化后的任意一個(gè)信道中進(jìn)行隨機(jī)信道化，以得到所需輸出的信道。對子信道的均勻信道化實(shí)現(xiàn)框圖如圖3 所示。

均勻信道化算法采用多相濾波器加FFT 的快速算法。其利用多相濾波架構(gòu)，可將高速的大規(guī)模運(yùn)算減小到低速的小規(guī)模的運(yùn)算，使實(shí)時(shí)信號(hào)處理成為可能。本算法采用128 點(diǎn)FFT，將整個(gè)子信道再劃分為128 個(gè)均勻信道，然后通過圖4 所示隨機(jī)信道化算法進(jìn)行隨機(jī)信道提取[9]。

根據(jù)所要輸出的信道中心頻率，首先選擇信號(hào)落在均勻信道化后的128 個(gè)子信道中具體位置。然后將此子信道信號(hào)取出，再利用圖4 所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行隨機(jī)信道化。

圖3 均勻信道化算法框圖

3 結(jié)論

隨著技術(shù)的發(fā)展，接收機(jī)的數(shù)字化已經(jīng)是一個(gè)趨勢。對于短波通信，目前的信號(hào)處理技術(shù)水平已可實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字化采樣與信道化接收。本文提出的實(shí)現(xiàn)方案最終實(shí)現(xiàn)了高動(dòng)態(tài)范圍，高靈敏度，多通道的短波接收機(jī)方案，為短波通信的發(fā)展，以及信道化技術(shù)的應(yīng)用提供了一個(gè)很好的實(shí)例。

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