電子通信信號的可變帶寬接收方法

谷天苓

（朝陽市人力資源和社會保障信息中心，遼寧 朝陽 122000）

0 引 言

對于電子信息系統(tǒng)而言，可變帶寬的接收效果與系統(tǒng)的信息交互、通信效果之間具有直接的關(guān)系，目前已有相關(guān)學(xué)者針對可變帶寬接收領(lǐng)域展開設(shè)計。常安琪等人設(shè)計了一種基于CNYFR的寬帶信號接收技術(shù)，通過單片模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（Analog-to-Digital Converter，ADC）均勻采樣實現(xiàn)對信號的超寬帶接收[1]。由于Nyquist折疊接收機(jī)打破了傳統(tǒng)奈奎斯特采樣定理的制約，因此該方法在此基礎(chǔ)上針對單頻和線性調(diào)頻2種形式的信號建立了本振信號模型，并通過Nyquist區(qū)域估計和時頻分布檢測確定信號的載頻值，進(jìn)而可在信噪比不斷變化的情況下實現(xiàn)對不同寬帶信號的接收。馬濤等人設(shè)計了一種基于面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展（PCI eXtensions for Instrumentation，PXI）總線的高增益寬帶寬接收前端，在滿足電子通信信號工程設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，具有一體化的寬帶微波電路、小型化濾波器等結(jié)構(gòu)[2]。根據(jù)前端接收設(shè)備的高增益要求，對接收器的前端樣本進(jìn)行整改，提高了可變帶寬接收的精度?；谏鲜龇治?，本研究針對電子信息系統(tǒng)設(shè)計了一種電子通信信號的可變帶寬接收方法。

1 方法設(shè)計

1.1 多級數(shù)字信道劃分

在可變帶寬接收中，信道劃分是一個最基本的操作環(huán)節(jié)[3,4]。在劃分信道時，需要考慮接收機(jī)中濾波器組計算量的大小。典型的信道劃分通常有50%交疊與0交疊2種不同的交疊方式，在歸一化幅度中的交疊頻率如圖1所示。

圖1 不同交疊形式下的頻率劃分

在經(jīng)典的0交疊信道頻率中，由于很難確保信號衰減過程中全頻帶接收的效率，此時的信道劃分會在50%交疊處以較大的優(yōu)勢實現(xiàn)全頻段接收?；诖耍詽M足自身優(yōu)勢為前提，有效劃分不同頻帶信號[5,6]。

設(shè)置子通道末端的基礎(chǔ)信道為原有信道的2～4倍，此時低通濾波器原型的頻率響應(yīng)函數(shù)可以描述為

式中：p0為多通道處理在低通結(jié)構(gòu)中的獨(dú)立消耗容量；pk為任意子通道的數(shù)值；Kh為低通濾波器在快速傅里葉算法中的響應(yīng)頻率。結(jié)合以上方法，可以對多級數(shù)字信道進(jìn)行劃分。

1.2 計算電子通信信號濾波響應(yīng)頻率

在鄰道合并區(qū)間內(nèi)均可以保證頻率特定的響應(yīng)機(jī)制，通過疊加態(tài)的濾波數(shù)據(jù)實現(xiàn)等效輸出的帶寬接收[7,8]。如果接收機(jī)內(nèi)恰巧有若干個3D的子通道，那么作為濾波處理的鄰域疊加工具，濾波器必須滿足以下條件

式中：Pk(·)為低通濾波原型內(nèi)的重度疊加系數(shù)；edp為低通濾波的響應(yīng)頻率；hm為頻域響應(yīng)系數(shù)?；卩彽篮喜l件，可以有效計算電子通信信號濾波響應(yīng)頻率。

1.3 設(shè)計電子通信信號可變帶寬接收算法

獲取電子通信信號濾波響應(yīng)頻率后，設(shè)計可變帶寬的接收算法，具體流程如圖2所示。

圖2 可變帶寬接收算法流程

2 實驗設(shè)計

2.1 搭建實驗平臺

為了測試電子通信信號的可變帶寬接收方法的有效性，建立高階信號接收性能的實驗平臺，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 實驗平臺結(jié)構(gòu)

實驗平臺中，控制板連接信號發(fā)射板與信號接收板。信號在經(jīng)過發(fā)射板后，通過上交變頻器、合路器放大功放并傳遞到接收天線。接收天線內(nèi)的信號會與轉(zhuǎn)發(fā)器相互輸入與輸出，降低輸出信號的功放，流經(jīng)分路器、下腳變頻器等傳遞至信號接收板。通過該基站平臺，可以對信號源進(jìn)行干涉處理，十分適合作為電磁環(huán)境下通信信號的測試平臺。為了保證所有信道內(nèi)信號的帶寬匹配機(jī)制均可以實現(xiàn)，可以在變頻序列中對中心頻率進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。以濾波器的特性為核心，進(jìn)行核函數(shù)的計算。除了保證時域波形與頻譜的完整性之外，還需要在路基帶寬的信號波形內(nèi)獲取更高的頻率。在實驗平臺中，設(shè)置信號響應(yīng)頻率為35.74 MHz，偽碼傳播速率為 1.25×106b/s，載波傳播速率為10.048 Mb/s，通信信號采樣頻率為250 Hz，偽碼相位為0.2°，帶寬信噪比為-10 dB。仿真參數(shù)設(shè)置完成后，分別測試?yán)硐氕h(huán)境與惡劣環(huán)境下的信號接收結(jié)果。通過頻域監(jiān)測與時域檢測的方式，驗證信號帶寬的接收情況。

2.2 理想環(huán)境下信號接收帶寬結(jié)果分析

以信道1、信道2、信道3、信道4、信道5以及信道6作為信號接收的通道，可以得到不同信道在理想環(huán)境與不同頻率下的可變帶寬接收情況。理想環(huán)境下信號接收帶寬變化情況如表1所示。

表1 理想環(huán)境下信號接收帶寬幅度變化

在信道1～信道6中，大多數(shù)頻率下的信號接收帶寬均在1～2 kb/s。在頻率為75 Hz頻率時，信道1的接收帶寬突然增加至38.34 kb/s，隨后又迅速滑落至原有的高度。在信道2、第信道3、信道4、信道5以及信道6中，信號接收帶寬的變化情況與信道1基本相同。通過以上實驗數(shù)據(jù)可知，應(yīng)用本文方法后，所有尋到信號接收帶寬的峰值所處頻率十分接近，基本都在75 Hz。此外，6個信道的信號接收帶寬在除了75 Hz頻率之外的地方?jīng)]有明顯差異。由此可見，在理想的電子通信信號接收過程中，本文方法輸出的信號頻譜沒有發(fā)生畸變現(xiàn)象，該方法可以在理想情況下使用。

2.3 惡劣環(huán)境下信號接收帶寬結(jié)果分析

以最惡劣的環(huán)境為基準(zhǔn)，在與理想環(huán)境相同的信道中以相同的實驗參數(shù)分別測試50～500 MHz頻率下6個信道的信號接收情況，實驗結(jié)果如表2所示。

表2 惡劣環(huán)境下信號接收帶寬幅度變化

在惡劣情況下，不同頻率的信號接收帶寬變化情況與理想環(huán)境相似。惡劣環(huán)境下，信道1較為突出的信號接收帶寬同樣出現(xiàn)在75 Hz頻率時，其余頻率下的信號接收帶寬與理想情況相似。在信道2～信道6中，除75 Hz頻率之外的信號接收帶寬與其他條件下的沒有明顯區(qū)別。由以上數(shù)據(jù)可知，本文方法在惡劣環(huán)境下同樣可以使用，只是相較于理想環(huán)境，其信號接收帶寬的峰值有所降低。

3 結(jié) 論

綜上所述，設(shè)計了一種新的電子通信信號的可變帶寬接收方法，詳細(xì)介紹了信號的生成、捕獲、載波區(qū)分等設(shè)計結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)方案，并通過實驗驗證了理想環(huán)境與惡劣環(huán)境下信號帶寬的接收效果。與此同時，該方法仍存在一定的不足之處，對算法內(nèi)一些可能出現(xiàn)的誤差有待進(jìn)一步分析，載波相位提取算法在天線陣列的排布中也需要進(jìn)一步完善，未來研究中將不斷優(yōu)化改進(jìn)以上問題。