短波通信中多通道數字接收機的實現

梅冬MEI Dong；黎琴LI Qin；王駿揚WANG Jun-yang；楊宇宸YANG Yu-chen；李康LI Kang

（①常州國光數據通信有限公司，常州 213023；②南京理工大學電子工程與光電技術，南京 210094）

（①Changzhou Guoguang Data Communication CO.LTD.，Changzhou 213023，China；②School of Electronic Engineering and Optoelectronic Technology，Nanjing University of Science &Technology，Nanjing 210094，China）

0 引言

短波通信是無線通信中的一種，頻率范圍為3MHz～30MHz，通信距離較遠[1-3]。盡管當前新型無線通信系統不斷涌現，短波通信仍受到全世界的重視。

短波信號載頻較低，最高不超過30MHz，信道帶寬一般不超過5KHz，如果是音頻信號帶寬，則可控制在3KHz以內，因此現代接收機利用快速發展的軟件無線電技術[4]已可實現直接采樣和實時處理。針對短波通信頻率較低、帶寬較小的特點，可利用高速AD 采樣技術和數字信道化技術[5-7]來實現高靈敏度的多通道短波接收機。

1 數字信道化接收機

數字化接收機由模擬射頻前端、模數轉換器（ADC）和數字信號處理三部分組成。接收機在實現過程中，帶寬和靈敏度一直是一對矛盾的指標。對于短波通信這種窄帶通信信號，為獲得較高的接收靈敏度通常需要采用數字信道化的方法，將寬帶采樣信號通過數字信道化處理變成多個窄帶低速率信道信號并輸出，從而大大提高信號的信噪比，提高接收靈敏度。相比傳統的接收機，采用數字采樣的信道化接收機，具有靈敏度高，設置靈活等特點。可以根據靈敏度指標和實際信號的帶寬來選擇信道化個數，從而實現只通過改變軟件而不修改硬件設計就可滿足不同指標的接收機要求。

短波通信信道化接收機框圖如圖1 所示。

圖1 短波通信信道化接收機結構

短波通信信道化接收機結構如圖1 所示。因為短波頻段頻率較低，因此可采用低通采樣，目前主流的ADC 和信號處理器的吞吐率完全可以滿足系統實時性要求，并可降低對射頻前端的要求。射頻前端只需對信號進行放大和低通濾波。若射頻信號的帶寬相對與信道化輸出的帶寬較大，則可先通過DDC 進行數字下變頻和濾波，再將采樣信號劃分為若干個信道，然后對每個信道進行數字信道化，即可降低信道化接收機的復雜度。

2 多信道短波數字信道化接收機實現

2.1 短波信道的信道劃分

短波通信的頻率范圍是3MHz 到30MHz，由于用于語音通信的短波通信信道帶寬只有3kHz，若直接對整個頻帶信道化，實現起來結構過于復雜。為了減小信道化接收機的復雜度，首先將整個頻帶劃分為N 個通道，每個通道再利用一個信道化接收機進行接收。這樣可通過采用多個接收機來實現全頻帶覆蓋，且每個接收機的復雜度又降低到了可實現的范圍內。圖2 是信道化分示意圖。

如圖2 所示，采樣信號進行信道劃分后變成了N 個子信道，然后利用DDC 將每個子信道搬移到基帶，最后通過改變DDC 的頻率參數，即可得到N 個信道的信號。

2.2 信道化模塊的設計 對于每個子信道，如要實現任意3KHz 信號的隨機提取，每個子信道的帶寬仍然太寬，因此考慮兩級信道化處理，首先對整個子信道進行均勻信道化[8-9]，然后再在均勻信道化后的任意一個信道中進行隨機信道化，以得到所需輸出的信道。對子信道的均勻信道化實現框圖如圖3 所示。

均勻信道化算法采用多相濾波器加FFT 的快速算法。其利用多相濾波架構，可將高速的大規模運算減小到低速的小規模的運算，使實時信號處理成為可能。本算法采用128 點FFT，將整個子信道再劃分為128 個均勻信道，然后通過圖4 所示隨機信道化算法進行隨機信道提取[9]。

根據所要輸出的信道中心頻率，首先選擇信號落在均勻信道化后的128 個子信道中具體位置。然后將此子信道信號取出，再利用圖4 所示結構進行隨機信道化。

圖3 均勻信道化算法框圖

3 結論

隨著技術的發展，接收機的數字化已經是一個趨勢。對于短波通信，目前的信號處理技術水平已可實現直接數字化采樣與信道化接收。本文提出的實現方案最終實現了高動態范圍，高靈敏度，多通道的短波接收機方案，為短波通信的發展，以及信道化技術的應用提供了一個很好的實例。

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