軟件無線電中的信道化技術研究

周燦明

摘要：軟件無線電通信利用多頻段和多模式的無線通信進行互連互通，具有極大的靈活性和適應性。文章圍繞無線電接收機的信道化技術、帶通采樣理論等展開論述，利用CIC，HBF和FIR級聯(lián)設計下變頻抽取系統(tǒng)的實際方案作為論據(jù)，對基于軟件無線電技術的信道化技術等展開論述，探討軟件無線電多速率信號等處理技術要點。

關鍵詞：軟件無線電；信道化；技術研究

無線通信技術經(jīng)過了長期的發(fā)展之后得到了迅猛的發(fā)展，如今無論是在軍用還是民用技術上，各個頻段的系統(tǒng)和模式都得到了改進，為人們提供了多樣服務，滿足各種需求。對于無線通信的頻段和模式的研究也沒有停止過，如軟件無線電的開放體系結構等，硬件的軟件工作平臺等，相關研究者對如何使系統(tǒng)功能具備更好的靈活性和適應性進行了論證和研究。

1.軟件無線電概述

軟件無線電是將硬件作為無線通信的平臺，將無線和個人通信功能納入到平臺中，使得不同的信息能夠通過不同體制的通信網(wǎng)加以傳遞，實現(xiàn)信息的互聯(lián)互通，經(jīng)過長期的發(fā)展，從最初的模擬信號發(fā)展到當代的數(shù)字信號、移動信號，其展現(xiàn)的優(yōu)勢主要包括，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的結構的通用，功能的靈活應用，改進和升級系統(tǒng)得到了保證，不同的通信系統(tǒng)之間可以進行良好的具有復用性的通信。軟件無線電將對硬件的依賴轉(zhuǎn)變到獨立通信，具有很好的復用性。

軟件無線電的關鍵技術是具有計算密集型等特點的。與數(shù)字和模擬信號的轉(zhuǎn)換以及計算速度、運算量等方式相關聯(lián)，總體目標是建立通用的可編程的硬件平臺，在平臺中，多種信號波形和傳輸形式得到了不同的軟件模塊的互聯(lián)互通的幫助，對需求進行了最大限度的滿足。一個軟件接收機可以適應多種信號傳輸協(xié)議和調(diào)制波形，能夠靠近天線，靈活處理軟件。從當前的軟件無線電的關鍵技術的內(nèi)容來看，主要包括了開放式的總線結構、寬帶多頻段的天線，高速率的才有那個精度，高速度的信號處理標準，數(shù)字變頻濾波以及二次采樣，系統(tǒng)的數(shù)字處理運算等。

2.軟件無線電基礎理論

對于軟件無線電研究的基礎思想，是利用天線的射頻模擬的信號，進行數(shù)字化的天線感應。將計算機的數(shù)據(jù)流進行信號處理后，得到關于軟件的各種功能的可擴展性和環(huán)境的適應性。軟件無線電要面對的往往是對模擬信號的采樣，對軟件無線電的基本理論基礎要涉及采樣定理，包括帶通信號。帶通信號的采樣定理允許在一個頻帶上進行不同頻帶的信號的混疊。在需要對中心頻率的帶通信號進行采樣的同時，要先對抗混疊濾波器進行采用。

軟件無線電覆蓋的頻率范圍可以采用中頻采樣的方法進行數(shù)字化的覆蓋.這種方法是將模擬的中頻信號進行數(shù)字化，然后在體制的范圍內(nèi)作出超外差的接受，經(jīng)過改變頻率的數(shù)字化信號的方法，保證信號中心的頻率是固定的。

對于軟件無線電中的數(shù)字信號的交換理論的研究：實信號的頻譜一般具有共軛的對稱性。實行的正負分量是對稱的，但是相位的分量是缺失的，由正頻部分和負頻信號形成信號往往不會丟失信息和產(chǎn)生虛假信號，但是正頻得到的信號是含有正頻能量的，被稱為復信號。

真實的窄帶信號可以用解析信號來進行表示，解析主要用于數(shù)學的分析，得到的結論是要實現(xiàn)階躍的濾波器是較難的。但是在基帶信號的作用下就較為容易，對于模擬方法實現(xiàn)窄帶信號的正交交換，缺點在于需要兩個正交的本振信號進行虛假信號的制作。

數(shù)字混頻的正交交換需要先將模擬信號進行數(shù)字的形成，然后將兩個正交的本振序列加以相乘，得到數(shù)字低通的濾波。

3.軟件無線電信道化技術的研究

軟件無線電接受平臺的軟件，可以通過編程進行接受，必須先指導信道的信號，然后采用被動性的技術搜索到監(jiān)視設備，對持續(xù)時間短的突發(fā)跳頻等進行全概率接受。當今的數(shù)字化信道技術已經(jīng)不需要對信號條件進行驗證，其具有高信號的保真度和靈敏度，并且可以利用信號處理能力消除脈沖的重疊。

在實際環(huán)境中，利用到的雷達信號是十分密集的。多的可以達到數(shù)百萬個，同一時間內(nèi)出現(xiàn)如此多的信號，需要很廣的頻率覆蓋范圍，因此需要對任務量進行后期的信號處理，并且提高信號處理后的準確度和精確度，因此就要對接受的頻率信號進行信道化的處理，采用正交和雙通道的數(shù)字接收機，加上并行的信道化電路，稀釋信號的密度，處理和接受雷達信號。將信號從高頻轉(zhuǎn)變到零中頻，保證信號的特征信息。

信道化接收機屬于電子截獲接收機，用戶通信信號和雷達信號的街區(qū)，截取率高，靈敏度高，能夠?qū)崿F(xiàn)超寬帶的動態(tài)偵察，還能對多個信號進行截獲。

數(shù)字信道化是將數(shù)字信號均分為多個頻帶信號進行輸入，采用采樣數(shù)據(jù)分解的方法，將多路低速率的數(shù)據(jù)進行采樣，輸出對應不同的頻帶。使用到的設備包括多相濾波器、頻譜搬移器等等。

使用數(shù)字式信道化的接收機是射頻分割信道等放在濾波器內(nèi)，成為電路易于處理的頻帶，將信號數(shù)字化，編程數(shù)據(jù)有產(chǎn)生頻率信息傅里葉變換。

對于信道化的信道搬遷，使用數(shù)字濾波器濾除所有的鄰道的干擾后，使用信道化功能，對數(shù)字的信道化濾波進行解決。將無限通信中的硬件和高速數(shù)據(jù)流不匹配的情況，降低射頻采用的頻率，處理軟件無線電的帶寬的問題，提高不同信號的適應性和采樣率，在相同的工作頻率范圍內(nèi)的盲足的數(shù)量上進行減少，減少簡化的系統(tǒng)設計，對頻率高的射頻信號進行采樣，應取得較低的變頻率，避免采樣量化的信噪比的產(chǎn)生。

隨著采樣速率提高，后續(xù)信號的處理可能出現(xiàn)速度跟不上的問題，因此采用同步解決條算法可以計算技術吞吐率的數(shù)量，解決吞吐率較高的問題。例如采用降速處理的方法，轉(zhuǎn)換數(shù)字的變頻技術，使用數(shù)字下變頻技術處理多速率的信號。

4.軟件無線電中的信道化技術展望

軟件無線電系信道化技術一直是通信領域研究的熱點和難點，高效地實現(xiàn)信道化過程是統(tǒng)和寬帶數(shù)字接收機的關鍵技術之一，得益于濾波器組等相關技術的發(fā)展，包含了在接收帶寬內(nèi)的單個或多個相互獨立的子帶信號，涉及的內(nèi)容包括：單通道信道化技術、多通道信道化技術、采樣率轉(zhuǎn)換的高效結構等等，基于GoertZel濾波器的改進結構圍繞軟件無線電中的信道化技術，通過與寬帶數(shù)字將存在的混頻序列的頻點位置相對固定的問題加以解決，用于提取號以便于后端的基帶處理。未來的發(fā)展，對于軟件無線電的信道化技術來說，首先是要分析了解現(xiàn)有的寬帶數(shù)字下變頻典型結構，比較分析變頻多相濾波結構實現(xiàn)混頻，提高實時處理速度，并針對用G0ertzel濾波器程，發(fā)現(xiàn)新結構的運算量，其提出了一種先抽取、后濾波的方法，從而可以直接獲得精確調(diào)諧。由典型結構的器材，其中M為抽取因子，對混頻序列的調(diào)諧頻率進行多相濾波高效結構以及接收盲區(qū)的不足的分析，通過與現(xiàn)有高效結構的比較，針對子帶信號具有不同帶寬和任意位置分布的情況，提出了基于非均勻濾波器組的信道化方法來完成任意分布的、不同帶寬的子帶信號的信道化接收，通過與并行單通道數(shù)字下變頻技術的比較，可以發(fā)現(xiàn)：該方法具有較低的運算復雜度和硬件復雜度。

結合新結構具有適中的硬件復雜度，利用所設計的幾乎完全重構濾波器組，使得重構信號的誤差控制在很小的范圍。實現(xiàn)了多標準的寬帶衛(wèi)星鏈路，設計高效的原型濾波器中子帶信號的動態(tài)接收和盲信道化接收，獲取混頻序列頻點位置的靈活性。

嘗試采用FPGA和DsP等器件，將改進的clc濾波器和內(nèi)插多項式濾波器，并嘗試從硬件上實現(xiàn)信道化結多通道接收，用不同的方法來確定所需設計的濾波器組的子信道數(shù)目，更好地實現(xiàn)無理數(shù)的采樣率轉(zhuǎn)換。

針對濾波器存在的不足，提出一種改進的Rs濾波器新結構，在獲得好的通阻滯特性的前提下獲得具備多模式、多標準的通信能力，結構強調(diào)高度的調(diào)制濾波器組的信道化方法，簡化不同的非均勻濾波器組的設計方法，來完成非均勻分布的、不同帶寬的子帶信號的信道化接收。

5.結語

軟件無線電的信道化技術和方法，需要掌握中頻段信號、數(shù)字下變頻的技術和方法，做大量的研究工作，包括大量的仿真分析，具有一定先進性并節(jié)省資源，可提高運算效率的變頻結果和仿真結果。