(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。 參考文獻(xiàn) [1]曲春梅.基于FPGA的多通道多速率信號(hào)傳輸研究與設(shè)計(jì)[D].成都理工大學(xué),2015. [2]趙民建.多波段、多速率、多模式軟件無線電接收技術(shù)研究[D].浙江大學(xué),2013. [3]王輝麟.軟件無線電在鐵路無線通信中的應(yīng)用研究[D].鐵道部科學(xué)研究院,2015. [4]劉再東.GSM系統(tǒng)中數(shù)字上下變頻技術(shù)的應(yīng)用研究及其FPGA實(shí)現(xiàn)[D].成都理工大學(xué),2012. [5]趙偉.基于FPGA實(shí)現(xiàn)非均勻劃分信道化接收機(jī)的研究[D].大連海事大學(xué),2007. [6]張莉莉.多速率多模式中頻數(shù)字化接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].電子科技大學(xué),2012. 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。