基于數(shù)字信道化的跳頻信號(hào)頻率測(cè)量研究

布剛剛,羅 明

(西安電子科技大學(xué)，西安 710071)

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基于數(shù)字信道化的跳頻信號(hào)頻率測(cè)量研究

布剛剛,羅 明

(西安電子科技大學(xué)，西安 710071)

跳頻通信與數(shù)字信道化接收機(jī)技術(shù)應(yīng)用廣泛，基于數(shù)字信道化接收原理，介紹了跳頻信號(hào)測(cè)量在存在信道模糊時(shí)信號(hào)所在真實(shí)信道的判決。仿真結(jié)果也證明了這種結(jié)構(gòu)原理的簡(jiǎn)便及有效。

數(shù)字信道化；信道模糊；跳頻；信道判決

0 引 言

跳頻通信系統(tǒng)受一偽隨機(jī)碼的控制，不斷地、隨機(jī)地跳變，具有較高的抗干擾性能并易于實(shí)現(xiàn)通信組網(wǎng)且容易兼容。目前跳頻技術(shù)在軍事通信、移動(dòng)通信、計(jì)算機(jī)無線數(shù)據(jù)傳輸、無線局域網(wǎng)等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

跳頻信號(hào)接收機(jī)應(yīng)具有寬輸入帶寬、高頻率分辨率、多信號(hào)并行處理能力，最好還能對(duì)接收到的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)或者準(zhǔn)實(shí)時(shí)的處理。數(shù)字信道化接收機(jī)就是可以實(shí)現(xiàn)以上大多數(shù)特征的一種接收機(jī)。

近幾年隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信道化技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。數(shù)字信道化接收機(jī)的缺點(diǎn)是頻率分辨率不高[1]，可能存在某一跳頻信號(hào)在多個(gè)信道中出現(xiàn)的情況[2]，本文提出的信道判決方法將判別信號(hào)所在的真實(shí)信道并且測(cè)出這一跳內(nèi)的信號(hào)頻率。

1 數(shù)字信道化接收機(jī)原理

數(shù)字信道化接收機(jī)是將接收到的寬帶信號(hào)依次經(jīng)過數(shù)字下變頻、低通濾波器然后得到基帶信號(hào)，為了減少后續(xù)硬件處理數(shù)據(jù)速率壓力，一般在濾波輸出后進(jìn)行D倍的下抽取獲得最后的輸出。其中不同的信道采用不同的變頻本振將不同頻段的信號(hào)下變頻到基帶通過濾波器輸出。低通濾波器組實(shí)現(xiàn)信道化的原理如圖1所示[3-4]。

圖1 低通濾波器組實(shí)現(xiàn)信道化結(jié)構(gòu)

S(n)為接收到的中頻信號(hào)，ω0、ω1、…、ωk-1為不同的變頻本振，hLP(n)為低通濾波器，y0(m)、y1(m)、…、yk-1(m)為經(jīng)抽取后每個(gè)信道的輸出。

2 信道模糊

為了實(shí)現(xiàn)無盲區(qū)接收，一般采用相鄰信道交疊的方式[5]，如圖2所示。

圖2 信道疊接方式

上述信道交疊方式會(huì)使得某一信道的頻率成分泄露到相鄰者的信道中去。這種由濾波器過渡帶和信號(hào)屬性導(dǎo)致的一個(gè)輸入信號(hào)在多個(gè)信道中出現(xiàn)的情況稱為“信道模糊”。

3 抽取倍數(shù)與信道判決

3.1 抽取倍數(shù)和子信道個(gè)數(shù)之間的約束關(guān)系

若接收機(jī)的總帶寬為fs，則每一信道的帶寬為fs/k，每一信道都經(jīng)過不同的變頻本振下變頻到基帶，以第K個(gè)信道為例：第K個(gè)信道的輸出示意圖如圖3所示。

圖3 下變頻后第k信道的輸出示意圖

如圖3所示，對(duì)于采樣率為fs的數(shù)字信道化接收機(jī)，如果接收機(jī)分為k個(gè)子信道，則每個(gè)信道的帶寬是fs/2k，由于過渡帶的作用相鄰信道之間相互疊接，故下變頻后每個(gè)信道實(shí)際輸出的信號(hào)帶限是fs/k。而信號(hào)經(jīng)過濾波器后通過D倍的下抽取后數(shù)據(jù)速率變?yōu)閒s/D，即每一信道的采樣率為fs/D。故由采樣定理可得，要無模糊地描述每個(gè)信道內(nèi)的信號(hào)則有：

fs/D≥2·fs/k

(1)

即滿足：

k≥2·D

(2)

這便是信道個(gè)數(shù)和抽取倍數(shù)之間的約束關(guān)系。

3.2 信道判決

信道模糊的本質(zhì)是濾波器存在過渡帶，那么即使提高濾波器的階數(shù)也不能有效避免這個(gè)問題，而如果滿足了上述所說子信道個(gè)數(shù)與抽取的關(guān)系，則可以利用“信道模糊”來判定信號(hào)真實(shí)所在的信道。

由圖2可知，要將信號(hào)判定在信道K，則信號(hào)頻率I/Q需滿足：

(3)

結(jié)合圖1，經(jīng)過本振頻率為ωk的混頻，及D倍的下抽取后需滿足：

(4)

這里將滿足式(2)的最大抽取值k=2D代入式(4)，則有：

(5)

而若滿足：

(6)

則判定信號(hào)在信道K之外。

4 仿真結(jié)果

表1 編碼與調(diào)頻頻率之間的關(guān)系

圖4為輸入信號(hào)的頻譜及信道劃分示意圖。在S/N=10dB的條件下,圖5～圖7分別是第6個(gè)信道、第7個(gè)信道和第8個(gè)信道的瞬時(shí)測(cè)頻結(jié)果。

圖4 信道劃分及輸入信號(hào)頻譜示意圖

圖5 信道6中的瞬時(shí)頻率(歸一化)結(jié)果

圖6 信道7中的瞬時(shí)頻率(歸一化)結(jié)果

圖7 信道8中的瞬時(shí)頻率(歸一化)結(jié)果

對(duì)于信道6：在時(shí)間0～125μs之間，頻率歸一化均值為-0.292 9，故可判定信號(hào)在信道7。由-0.298 5×20MHz=-5.858 0MHz,估計(jì)頻率為-5.970+25=19.142 0MHz，與真實(shí)值19MHz相比絕對(duì)誤差為0.007 5。

對(duì)于信道8：在時(shí)間125～250μs之間，頻率歸一化均值為 0.292 0，故可判定信號(hào)在信道7。由0.292 0×20MHz=5.840 0MHz,估計(jì)頻率為5.840 0+5=10.840 0MHz，與真實(shí)值11MHz相比絕對(duì)誤差為0.014 5。

對(duì)于信道7：在時(shí)間0 ～125μs之間，頻率歸一化均值為 0.199 3，故可判定信號(hào)在信道7。由0.199 3×20MHz=3.986 0MHz,估計(jì)頻率為3.986 0+15=18.986 0MHz，與真實(shí)值19MHz相比絕對(duì)誤差為0.000 1。在時(shí)間125～250μs之間，頻率歸一化均值為 -0.187 8，故可判定信號(hào)在信道7。由-0.187 8×20MHz=-3.756 0MHz,估計(jì)頻率為-3.756 0+15=11.244 0MHz，與真實(shí)值11MHz相比絕對(duì)誤差為0.022 2。

5 結(jié)束語

本文討論了數(shù)字信道化的實(shí)現(xiàn)原理結(jié)構(gòu)，指出了數(shù)字信道化接收機(jī)存在的信道模糊問題，并論證了在保證解模糊的前提下信道劃分?jǐn)?shù)與抽取倍數(shù)之間的關(guān)系。在保證信道數(shù)k≥2×D(D為下抽取倍數(shù))的前提下，可根據(jù)相鄰信道的歸一化頻率判斷信號(hào)所在的真實(shí)信道，從而推測(cè)接收到當(dāng)前的跳頻頻率。仿真結(jié)果驗(yàn)證了在滿足抽取倍數(shù)的前提下判決信道和測(cè)量調(diào)頻頻率的可行性。

[1]HingWen,LiuNai,SunXianpu.SpreadSpectrumCommunicationandItsMultipleAccess[M].Xi'an:XidianUniveristyPress,2004.

[2]DanielRZ,DavidLS,TimothyWF.Ahardware-efficient,multirate,digitalchannelizedreceiverarchitecture[J].IEEETransactionsonAerospaceandElectronicSystems,1998,34(1):137-152.

[3] 陳永其,黃愛蘋, 嚴(yán)文忠. 一種寬帶中頻數(shù)字信道化偵察接收機(jī)方案[J].電子對(duì)抗技術(shù),2003,33(8):34- 35.

[4]RabinerLR,CrochiereRE.多抽樣率數(shù)字信號(hào)處理[M].酆廣增譯.北京:人民郵電出版社,1988.

[5] 楊小牛,樓才義,徐建良.軟件無線電原理與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001.

Frequency Measurement Study of Frequency Hopping Signal Based on Digital Channelization

BU Gang-gang，LUO Ming

(Xidian University，Xi'an 710071，China)

Frequency hopping communication and digital channelization receiver technology has been widely used.Based on the principle of digital channelization reception,this paper introduces the adjudgement of real channel which the signal is in when channel ambiguity exists in frequency hopping measurement.Lastly the simulation result validates that the structure theory is simpy and effective.

digital channelization;channel ambiguity;frequency hopping;channel judgement

2014-10-23

TN914.41

A

CN32-1413(2015)01-0062-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.01.015