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級聯設計下變頻抽取系統的實際方案作為論據，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

無線通信技術經過了長期的發展之后得到了迅猛的發展，如今無論是在軍用還是民用技術上，各個頻段的系統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加以傳遞，實現信息的互聯互通，經過長期的發展，從最初的模擬信號發展到當代的數字信號、移動信號，其展現的優勢主要包括，能夠實現系統的結構的通用，功能的靈活應用，改進和升級系統得到了保證，不同的通信系統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。與數字和模擬信號的轉換以及計算速度、運算量等方式相關聯，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議和調制波形，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，數字變頻濾波以及二次采樣，系統的數字處理運算等。

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，進行數字化的天線感應。將計算機的數據流進行信號處理后，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字化的覆蓋.這種方法是將模擬的中頻信號進行數字化，然后在體制的范圍內作出超外差的接受，經過改變頻率的數字化信號的方法，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，解析主要用于數學的分析，得到的結論是要實現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。

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

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視設備，對持續時間短的突發跳頻等進行全概率接受。當今的數字化信道技術已經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。

在實際環境中，利用到的雷達信號是十分密集的。多的可以達到數百萬個，同一時間內出現如此多的信號，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，截取率高，靈敏度高，能夠實現超寬帶的動態偵察，還能對多個信號進行截獲。

數字信道化是將數字信號均分為多個頻帶信號進行輸入，采用采樣數據分解的方法，將多路低速率的數據進行采樣，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。

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

對于信道化的信道搬遷，使用數字濾波器濾除所有的鄰道的干擾后，使用信道化功能，對數字的信道化濾波進行解決。將無限通信中的硬件和高速數據流不匹配的情況，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的盲足的數量上進行減少，減少簡化的系統設計，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生。

隨著采樣速率提高，后續信號的處理可能出現速度跟不上的問題，因此采用同步解決條算法可以計算技術吞吐率的數量，解決吞吐率較高的問題。例如采用降速處理的方法，轉換數字的變頻技術，使用數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，高效地實現信道化過程是統和寬帶數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展，包含了在接收帶寬內的單個或多個相互獨立的子帶信號，涉及的內容包括：單通道信道化技術、多通道信道化技術、采樣率轉換的高效結構等等，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有的寬帶數字下變頻典型結構，比較分析變頻多相濾波結構實現混頻，提高實時處理速度，并針對用G0ertzel濾波器程，發現新結構的運算量，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諧。由典型結構的器材，其中M為抽取因子，對混頻序列的調諧頻率進行多相濾波高效結構以及接收盲區的不足的分析，通過與現有高效結構的比較，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字下變頻技術的比較，可以發現：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。實現了多標準的寬帶衛星鏈路，設計高效的原型濾波器中子帶信號的動態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濾波器和內插多項式濾波器，并嘗試從硬件上實現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目，更好地實現無理數的采樣率轉換。

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，結構強調高度的調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省資源，可提高運算效率的變頻結果和仿真結果。