多速率信號(hào)處理在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

（大唐高鴻數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)股份有限公司 100083）

摘 要：隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，多速率信號(hào)處理在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值不斷提升，同時(shí)也逐漸被廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)中，一般來講，通信系統(tǒng)中多速率信號(hào)處理技術(shù)可以有效提高數(shù)據(jù)處理效率，在減少運(yùn)算量的同時(shí)，提高數(shù)據(jù)計(jì)算準(zhǔn)確性，通常情況下，多速率信號(hào)處理技術(shù)主要被應(yīng)用于軟件無線電中的抽樣率轉(zhuǎn)換技術(shù)，并通過有效的落實(shí)和實(shí)施，將其成功應(yīng)用于通信系統(tǒng)中，從而提高工作效率和工作準(zhǔn)確性，本文主要是針對此種技術(shù)做簡要分析和探討，并從多角度分析多速率信號(hào)處理在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用過程及應(yīng)用效果，在此基礎(chǔ)上，針對仿真過程中路由器引起的信號(hào)問題提出可行性方案，進(jìn)而帶動(dòng)多速率信號(hào)處理在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：多速率信號(hào)處理；通信系統(tǒng)；應(yīng)用研究

引言：通信系統(tǒng)中多速率信號(hào)處理技術(shù)不僅可以有效提高數(shù)據(jù)處理效率，在減少運(yùn)算量的同時(shí)，還能提高數(shù)據(jù)計(jì)算準(zhǔn)確性，所以，針對多速率信號(hào)處理在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究受到了關(guān)注和重視，20世紀(jì)70年代，多速率信號(hào)處理開始發(fā)展，并在信號(hào)處理領(lǐng)域取得了一席之地，同時(shí)多速率信號(hào)處理作為信號(hào)處理領(lǐng)域中的一門重要技術(shù)逐漸被廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)中，尤其是針對于軟件無線電中的抽樣率轉(zhuǎn)換技術(shù)，此技術(shù)已經(jīng)成為無線電的關(guān)鍵技術(shù)之一，在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用也被廣泛認(rèn)可，通常情況下，利用多速率信號(hào)處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同

速率的信號(hào)傳輸，極大提高傳輸速度，減小后級(jí)處理的運(yùn)算量，硬件資源的需求各不相同主要是因?yàn)槌槿『筒逯捣椒ǖ牟煌?，基于此，減小后級(jí)處理的復(fù)雜性是本文研究的重點(diǎn)，也是研究的關(guān)鍵所在。

一、相關(guān)理論

（一）通信的基本理論

通信的基本理論主要就是針對一個(gè)能夠支持實(shí)際工作需求的電子系統(tǒng)進(jìn)行操作和調(diào)整，在具體工作的過程中保證信息數(shù)據(jù)處理的科學(xué)性和完善性。隨著人們生活水平和質(zhì)量的不斷提升，通信逐漸成為人們生活中必不可少的關(guān)鍵元素，同時(shí)也是在人們?nèi)找嬖诓粩嘣鲩L的物質(zhì)生活與精神生活共同的需求，需要在科學(xué)技術(shù)的不安發(fā)展的過程當(dāng)中進(jìn)行相關(guān)信息和數(shù)據(jù)的技術(shù)升級(jí)，提升其工作的效率，降低實(shí)際的生產(chǎn)工作緩慢問題，觀察工作中存在的衍生類型問題。通信原理的研究主要是為了實(shí)現(xiàn)最有效的數(shù)據(jù)傳輸，提高數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確性的同時(shí)，提高數(shù)據(jù)分析效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)從將數(shù)字類型的信號(hào)調(diào)整成為能夠使用語音和圖形等信號(hào)傳輸?shù)男畔⑥D(zhuǎn)換內(nèi)容[1]?？偨Y(jié)來說，使用現(xiàn)代的通信技術(shù)能夠滿足實(shí)際的信息理論發(fā)展需求，根據(jù)電子系統(tǒng)實(shí)際的技術(shù)形成情況進(jìn)行分析，探討信息論述，和實(shí)際的編碼論述等工作進(jìn)行理論調(diào)整，并最終形成的高級(jí)的先進(jìn)技術(shù)。

（二）多速率信號(hào)處理

隨著媒體、傳媒以及科學(xué)技術(shù)語言等內(nèi)容的不斷多元化，軟件的種類各不相同，因此在頻率的設(shè)置和硬件的改造過程中也存在著比較大的差異。多速度信號(hào)處理應(yīng)運(yùn)而生，同樣的在這些差異之上，其設(shè)備的抽樣檢查幾率也有著很大的差別。在這種情況下還需要采取其他手段，最終實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)備模式的良好轉(zhuǎn)化。在這樣的基礎(chǔ)上能夠看出，很多抽樣的數(shù)字和信號(hào)，在處理和使用的階段都有著不可取代的地位，其中的重要性也是顯而易見。

二、抽樣率轉(zhuǎn)換的分級(jí)實(shí)現(xiàn)

抽樣率轉(zhuǎn)換方法的應(yīng)用主要是為了實(shí)現(xiàn)采樣效率的降低，同時(shí)減小后級(jí)處理的運(yùn)算量，采用抽樣率轉(zhuǎn)換也是因?yàn)锳/D采樣后的數(shù)據(jù)速率相對較高，因此抽樣率轉(zhuǎn)換方法逐漸被關(guān)注和應(yīng)用，實(shí)踐表明，抽樣率轉(zhuǎn)換方法對于提高數(shù)據(jù)處理效率具有一定積極意義。

通常情況下，導(dǎo)致運(yùn)算效率低主要是因?yàn)檩斎胄盘?hào)的抽樣率相對較高，同時(shí)在此過程中，不僅要求抽取濾波器的傳輸帶和通帶帶寬相對較窄時(shí)進(jìn)行，還需要濾波器的節(jié)數(shù)較大，進(jìn)而導(dǎo)致運(yùn)算效率低。針對此種現(xiàn)象，為了減少運(yùn)算量，同時(shí)提高運(yùn)算效率，首先要實(shí)現(xiàn)整數(shù)倍抽取時(shí)充分利用多級(jí)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。過渡帶寬與采樣速率的比值是決定數(shù)據(jù)計(jì)算量大小和計(jì)算效率的主要因素，一般來講，想要有效的減少濾波器的運(yùn)算量以及其系數(shù)的存儲(chǔ)量，主要是通過實(shí)現(xiàn)分級(jí)，這樣，每一級(jí)的過濾帶都會(huì)增大，或者采樣率會(huì)相應(yīng)降低。舉例說明，如果整數(shù)倍抽取濾波器的抽取因子為D=M·2m-1，通過上述理論可將其分為m級(jí)，因此實(shí)現(xiàn)抽取效率的極大提高，在抽取實(shí)現(xiàn)過程中，一般將M定為首級(jí)抽取因子，并通過積分梳狀濾波器實(shí)現(xiàn)，同時(shí)采用半帶濾波器對后面的m-1級(jí)進(jìn)行分級(jí)實(shí)現(xiàn)，每級(jí)實(shí)現(xiàn)2倍抽取，進(jìn)而提高抽取效率。為了獲得較好的信號(hào)轉(zhuǎn)化效率，就應(yīng)該利用較高的采樣率實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采樣，這樣才能有效的提高數(shù)據(jù)信息的有效轉(zhuǎn)化與擴(kuò)散，因此，一般的采樣率為F=16kHz，利用A/D技術(shù)分析與轉(zhuǎn)化之后，就可以實(shí)現(xiàn)最終的D=2倍的抽樣。最終可以完成對模擬濾波器的設(shè)計(jì)，將問題轉(zhuǎn)移為設(shè)計(jì)問題與數(shù)字過濾問題。

（一）積分梳狀濾波器

積分梳狀濾波器簡稱CIC，實(shí)現(xiàn)積分梳狀濾波器操作過程相對簡單，在此過程中，乘法運(yùn)算通常不會(huì)被用到，而加減法的應(yīng)用相對普遍，所以積分梳狀濾波器的運(yùn)算量相對較小，操作過程相對簡單，通常情況下，積分梳狀濾波器只用于抽取濾波器的第一級(jí)，機(jī)構(gòu)相對簡單，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)高抽取因子。但是，相對而言，積分梳狀濾波器一般很難滿足更高的需求，阻帶衰減主要通過采用級(jí)聯(lián)的方法來獲取，設(shè)定級(jí)數(shù)為P，當(dāng)P=5時(shí)，一般可以滿足需求。

與此同時(shí)，積分梳狀濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)輸入、輸出數(shù)字信號(hào)的速率變換，在此過程中同時(shí)可以利用較少的資源以及相對簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)最終的速率轉(zhuǎn)換，基于此，積分梳狀濾波器通常被用作第一級(jí)處理，積分梳狀濾波器機(jī)構(gòu)不同，所以內(nèi)插和抽取是其主要功能，對于實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)范圍、高倍數(shù)信道抽取具有十分良好的效果。梳狀濾波器和綜合濾波器是CIC濾波器的主要組成部分，其關(guān)系具體如下：

CIC抽取器結(jié)構(gòu) CIC內(nèi)插器結(jié)構(gòu)

梳狀濾波器也被稱之為FIR濾波器，這種濾波器每個(gè)抽頭系數(shù)非0即1，所以僅需延遲其和加法器就可構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)起來相對簡單方便，由于其形狀像梳子所以將其稱之為梳狀濾波器。雖然CIC濾波器的優(yōu)點(diǎn)十分突出，但是也存在很多問題，例如衰減損耗和通帶傾斜。

在此過程中，如果時(shí)域的抽取比例過大，那么D就會(huì)跟隨變大，導(dǎo)致抽樣率減小，如果頻率的周期拖延時(shí)期太長，有可能會(huì)引發(fā)頻率相應(yīng)的混疊出現(xiàn)失真問題，因此，對其中關(guān)鍵數(shù)據(jù)的抽取必須按照相應(yīng)的抽樣率才能實(shí)現(xiàn)[6]。

（二）半帶濾波器

通常情況下，半帶濾波器又被稱之為half-band filter，相比于積分梳狀濾波器，半帶濾波器更適用于二倍抽取的濾波器，可以極大地提高抽取效率，同時(shí)半帶濾波器在抽取過程中，可以使二倍抽取過程中每秒乘法次數(shù)比一般濾波器減少一倍，所以針對多倍抽取時(shí)，半帶濾波器占有絕對優(yōu)勢，通常，半帶濾波器具有以下幾點(diǎn)特征。其一，半帶濾波器要求通帶誤差與阻帶誤差容限相同，其二，一般情況下，半帶濾波器的頻率在信號(hào)的抽樣率減低一倍后，過渡帶通常都會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的混疊，甚至失真，但是通帶不會(huì)出現(xiàn)此種現(xiàn)象。其三，沖擊響應(yīng)為偶對稱，同時(shí)也是實(shí)數(shù)時(shí)，偶序號(hào)的沖擊響應(yīng)為0。

半帶濾波器作為抽取濾波器的重要組成部分，主要實(shí)現(xiàn)信道抽取功能和降采樣功能，多級(jí)串聯(lián)一般是其采用的主要方式，通過靈活的過濾濾波器個(gè)數(shù)提高抽取效率，但是占用資源相對較大，一般被用于CIC濾波的后續(xù)處理。其沖激響應(yīng)h（n）是實(shí)數(shù)且偶對稱，即h（n）=h*（-n），抽頭階數(shù)N=ZL+l，設(shè)h（O）=l/2，則：

H（w）+ H（w+π）=1

Ws=π—Wp

H（π/2）=1/2

H（2m）=0，|2m|

三、補(bǔ)償濾波器

通過上述分析可以看出，通常情況下，級(jí)聯(lián)CIC濾波器后的幅頻特性會(huì)隨著p的增大，p為級(jí)數(shù)，阻帶的衰減程度也會(huì)隨著增大，與此同時(shí)，通帶幅度的衰減也會(huì)隨之增大，基于此，對濾波器通帶進(jìn)行補(bǔ)償顯得尤為重要，基于此，下面將針對此問題進(jìn)行詳細(xì)解析，并在此基礎(chǔ)上提出兩種可行性方案。

其一：Hs（z）=H（z）2[3一2H（z）]。

上述結(jié)構(gòu)主要是由3個(gè)相同的CIC濾波器組成，同時(shí)還包括一個(gè)加法器、一個(gè)用于補(bǔ)償?shù)难訒r(shí)線構(gòu)成，用于補(bǔ)償兩個(gè)信道，上述公式中H（z）為CIC濾波器的傳遞函數(shù)。采用上述方案進(jìn)行補(bǔ)償過程中，濾波器的通道衰減程度得到有效緩解，同時(shí)旁邊現(xiàn)象也得到了有效抑制和改善，但是上述補(bǔ)償方法也存在一定弊端，例如這種結(jié)構(gòu)的濾波器價(jià)格相對昂貴，同時(shí)也具有一定的復(fù)雜性和困難性，應(yīng)用價(jià)值很高，但是難以實(shí)現(xiàn)，所以，這種結(jié)構(gòu)的補(bǔ)償方式一把不被采用。

其二：這種補(bǔ)償方式一般被稱之為CIC濾波器級(jí)聯(lián)內(nèi)插二階多項(xiàng)式，簡稱（ISOP）， P（z）為ISOP濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)，再其函數(shù)中插入因子，從而通過改善其幅頻響應(yīng)起到補(bǔ)償效用。在一定范圍內(nèi)，補(bǔ)償CIC濾波器在此范圍內(nèi)得到補(bǔ)償。簡單來講，此種方案的設(shè)計(jì)主要是為了使通帶的波紋最小，進(jìn)而起到補(bǔ)償效果，此種方案的設(shè)計(jì)過程中，只需要通過一次乘法和兩次相關(guān)的加法運(yùn)算就可以得出相應(yīng)結(jié)果，結(jié)構(gòu)簡單，同時(shí)具有一定的實(shí)用性，此種補(bǔ)償方案對與減少通帶衰減更加有效，極大的降低了補(bǔ)償難度，并且有效的避免了很多環(huán)節(jié)，如直接用FIR濾波器對CIC通帶進(jìn)行補(bǔ)償，就需要完全滿足通帶和阻帶的要求，過程復(fù)雜而且困難，由此可見ISOP濾波器具有一定的可行性。

四、應(yīng)用舉例

隨著世界經(jīng)濟(jì)一體化的深入，我國市場經(jīng)濟(jì)體制也在不斷的改革，電子設(shè)備運(yùn)作下的通信技術(shù)得到了高速的發(fā)展和進(jìn)步，并且已經(jīng)成為能夠影響我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要元素，特別是在使用電子設(shè)備進(jìn)行信號(hào)調(diào)制等多種抽樣率的信號(hào)進(jìn)行科學(xué)的處理方法，可以實(shí)現(xiàn)將最大容量的信息論述內(nèi)容與通信的相關(guān)使用原理進(jìn)行結(jié)合。需要受到大家重視和關(guān)注的內(nèi)容包含，在實(shí)際工作中進(jìn)行本系統(tǒng)的科學(xué)分析，同時(shí)，還應(yīng)該關(guān)注到實(shí)際的系統(tǒng)模式調(diào)整需求，能夠?qū)⑾到y(tǒng)中存在的數(shù)字信息進(jìn)行傳輸內(nèi)容的調(diào)整，保證技術(shù)使用的先進(jìn)性需求。為了保證具體工作開展的質(zhì)量保證，應(yīng)當(dāng)重視對具體工作的調(diào)整，完善電子信息技術(shù)的應(yīng)用，僅僅跟隨世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展腳步，保證數(shù)字基帶的傳輸需求

多速率數(shù)字信號(hào)處理是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。它的理論基礎(chǔ)和實(shí)際應(yīng)用已日趨成熟，并取了的社會(huì)大眾的廣泛認(rèn)可，與此同時(shí)，奈奎斯特通過采樣定理和低通、帶通采樣的基本理論證實(shí)和說明多速率數(shù)字信號(hào)在通信過程中應(yīng)用的必要性，同時(shí)也獲得了這方面的理論基礎(chǔ)，同時(shí)，多速率數(shù)字信號(hào)也將應(yīng)用于更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，下面將主要舉例分析多速率數(shù)字信號(hào)在實(shí)際通訊生活中的廣泛應(yīng)用。

首先，多速率數(shù)字信號(hào)處理在實(shí)際生活中的應(yīng)用也十分廣泛，隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，多速率數(shù)字信號(hào)被廣泛應(yīng)用于航空和軍事通訊領(lǐng)域，通常情況下，數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)常被應(yīng)用于儲(chǔ)存、傳輸和處理各種資料和數(shù)據(jù)，各種不同類型的數(shù)字信號(hào)其發(fā)揮的作用都十分重要，可以應(yīng)用于不同的場合和情況下，由于采樣的速率要求不盡相同，所以對多速率數(shù)字信號(hào)處理的需求也逐漸擴(kuò)大，由于多速率數(shù)字信息在通信中的應(yīng)用效果十分良好，所以其應(yīng)用范圍也逐漸擴(kuò)大。

在多速率數(shù)字信號(hào)在通信領(lǐng)域應(yīng)用過程中，將各種資料從一種數(shù)字形式轉(zhuǎn)換為另一種形式至關(guān)重要，首先，通過將數(shù)據(jù)資料轉(zhuǎn)換到一種模擬形式，并在此基礎(chǔ)上將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，進(jìn)而進(jìn)行科學(xué)合理的數(shù)字化處理和統(tǒng)計(jì)，但是在此過程中，由于模擬電路會(huì)相應(yīng)的受到變換器動(dòng)態(tài)范圍的限制，所以在轉(zhuǎn)換過程中可能會(huì)出現(xiàn)噪音，在接口處可能會(huì)疊加。此外，還可以直接進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，采樣速率轉(zhuǎn)換可以利用改變字長和接口設(shè)計(jì)的辦法達(dá)到所希望的高精度、高效率。而且，兩種系統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)換不會(huì)產(chǎn)生附加的噪聲。

結(jié)語：綜上所述，多速率信號(hào)處理在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值不斷提升，同時(shí)也逐漸被廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)中，通常情況下，多速率信號(hào)處理技術(shù)主要被應(yīng)用于軟件無線電中的抽樣率轉(zhuǎn)換技術(shù)，并通過有效的落實(shí)和實(shí)施，將其成功應(yīng)用于通信系統(tǒng)中，從而提高工作效率和工作準(zhǔn)確性，一般來講，通信系統(tǒng)中多速率信號(hào)處理技術(shù)可以有效提高數(shù)據(jù)處理效率，在減少運(yùn)算量的同時(shí)，提高數(shù)據(jù)計(jì)算準(zhǔn)確性，基于此，多速率信號(hào)處理作為信號(hào)處理領(lǐng)域中的一門重要技術(shù)逐漸被廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)中，尤其是針對于軟件無線電中的抽樣率轉(zhuǎn)換技術(shù)，在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用也被廣泛認(rèn)可，通常情況下，利用多速率信號(hào)處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同速率的信號(hào)傳輸，極大提高傳輸速度，減小后級(jí)處理的運(yùn)算量，同時(shí)多速率信號(hào)處理在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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作者簡介：祁振華，男，1982年10月，河北高碑店，大唐高鴻數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)股份有限公司，100083，研究生，工程師。