基于軟件無線電技術的通信信號接收與大數據采集系統研究

杜 乾

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基于軟件無線電技術的通信信號接收與大數據采集系統研究

杜 乾

中國電信股份有限公司樂山分公司，四川 樂山 614000

軟件無線電技術以其具有遠程遙控、遙測的特點，在航空航天、民用等方面得以廣泛運用。為了有效實現無線電通信信號處理的目的，通過通信信號接收與大數據采集系統的研制，有效確保通信信號處理結果的精準度。首先對軟件無線電技術進行了分析，其次結合實際案例，對通信信號接收與大數據采集系統實際應用予以闡述，意在確保無線電通信技術的穩定發展。

無線電技術；通信信號；接收與采集

航空航天、導彈與信息控制、民用通信均對軟件無線電技術進行合理運用，從而實現國內國防建設、經濟進步的目的。而信息接收、處理與控制的重要性逐漸引起人們的高度重視，其原因在于：信號數據處理準確性對后續各項決策的判斷有著深遠影響[1]。

1 軟件無線電技術

軟件無線電技術（Soft Ware Radio，SWR）是指在公共平臺，結合軟件編程技術的選擇，設定的無線電系統。較為理想的軟件無線電技術應具有軟件編程的優勢，以無線電為運行平臺，通過RF波段、信道接入、信道調制等編程內容，實現通信信號處理目的。關于軟件無線電技術包含DSP技術、A/D-D/A技術、數字下變頻技術。

首先，DSP技術（數字信號處理，Digital Signal Processing，簡稱DSP）。DSP技術通過基帶處理和編譯碼、調制解調與比特流處理等工作的開展，實現數字處理的目的，其作為軟件無線電技術的核心構件，若數字編譯碼相對較低，可利用單一DSP調制解調實現，如其處理能力無法滿足數字編譯的前提下，則可通過DSP芯片混合運用的方式，提高DSP技術數字編譯碼調制解調能力[2]。

其次，A/D-D/A技術。A/D技術（寬帶模數變換器）、D/A技術（數模變換器）兩種技術類型的存在，需在協調運用的前提下方可發揮自身的優勢，因此，軟件無線電對于A/D-D/A技術標準相對較高，如采樣速率、采樣精度等，其中采樣速率可通過信號帶實現，其原因在于軟件無線電技術擁有較寬的信號接收帶，即采樣速率需在信號帶寬度2.5倍以上；采樣精度：應在80?dB的范圍內，至少保持12位采樣數據，若要更好提升采樣器件性能，則可通過多臺ADC并聯運用的原則。

最后，數字下變頻技術（Digital Down Converter or DDC）。作為軟件無線電技術的關鍵技術類型，涉及NCO模塊（數控振蕩器，Nu-merical Control Oscillator）、抽取濾波模塊兩個基本模塊，其中NCO模塊可通過正余弦值的產生，實現數據輸入與相乘的目的，最終實現混頻處理的目的；抽取濾波模塊包含CIC濾波器（積分梳狀抽取濾波器）、HBF濾波器（多級半帶濾波器）常用級聯結構，若信號帶寬度較大，則抽取倍數相對較低，則可對FIR濾波器予以有效利用[3]。

2 通信信號接收與大數據采集系統

2.1 案例

某實驗室存在多臺跳頻電臺，其中各跳頻電臺通信間距為600?m、跳頻為1.2?MHz，通過通信信號接收與大數據采集系統的運用，在參數設定的前提下，對實驗室內調頻電臺信號予以接收，結合計算機設備，完成通信信號數據的實時采集工作。假設：對一臺跳頻電臺數據采集，則設定噪比為10?dB、跳速為6跳/s、噪幅為-86?dBm，其跳頻為8.7?MHz；若為2臺跳頻電臺，其設定噪比、跳速、噪幅與一臺相同，即其跳頻分別8.4?MHz、8.7?MHz；若為4臺跳頻電臺，則設定噪比為10?dB、調速為6跳/s、噪幅為-91?dBm，即各個跳頻電臺頻率為8.2??MHz、8.47?MHz、8.75?MHz、9.01?MHz。

2.2 系統構成

對于通信信號接受與大數據采集系統構成，其硬件分為天線、接收機、采集卡和變頻器、接口板與計算機。

第一，天線。天線屬于軟件無線電技術硬件中不可或缺的組成結構，只需通過硬件自身的優勢所完成，無需軟件加載環節的參與。同時，軟件無線電智能性、可編程性優勢的衍生，可有效確保天線信號接收后數據組合工作，以此實現降噪、抑擾、增量的目的。對此應在軟件天線選擇中，貫徹落實以下幾點標準：可覆蓋整體工作段；可通過程序加載原理完成系統功能、參數設定工作，其中已實現的天線設計技術分為智能化天線技術、多頻段天線技術、模塊與通用化技術等。

第二，接收機。在本次研究實驗中，選擇寬帶超外差類型接收機，利用射頻處理、中頻變頻電路相結合的方式，對通信信號予以接收。一般情況下，可通過API函數、VC++的方式，對接收數據進行處理。其中API函數雖使用范圍相對較寬，但因多種因素的存在，使得日常使用期間具有較大的難度，而VC++控件的運用，引起具有靈活性、易用性優勢深入系統開發者的青睞。

第三，采集卡，如對A/D-D/A采集卡的運用，其最大采樣速率為66?MSPS、噪比為76?dB、分辨率為15位。

第四，變頻器。變頻器作為軟件無線電接收端，通過對高速數字信號的輸入與輸出，實現頻帶信號向基帶數據流的轉變，其功能可分為三點：變頻、低通濾波、采樣速率壓縮，從而有利于通信信號解調解碼的實現。

第五，接口板和計算機。接口板：主要以DMA板為主、傳輸頻率為82?MBytes/s、分辨率32位；計算機：作為通信信號接收、采集控制中心與顯示終端，需選用工業控制計算機。

3 結束語

本文通過對軟件無線電DSP技術、A/D-D/A技術、數字下變頻技術予以分析，以案例為核心，對其無線電通信系統構成進行詳細闡述。利用實驗數據采集結果表明，軟件無線電通信系統的運用對于通信信號處理有著決定性作用[4]。

[1]文延東，文雙春，劉昱，等.基于軟件無線電的通信信號測試平臺設計與實現[J].計算機工程與科學，2016，38（9）：1769-1775.

[2]袁俊.軟件無線電技術在海面通信信號處理中的實現[J].艦船科學技術，2015（4）：191-194.

[3]黃安琪，馮超，孫建鋒，等.基于軟件無線電平臺的RFID被動偵測技術[J].計算機工程，2014，40（4）：91-95.

[4]劉陸華，田增山，胡宏，等.軟件無線電虛擬頻譜儀的設計與實現[J].電子技術應用，2014，40（7）：119-121.

Based on the Technology of Software Radio Communication Signal Receiving and Data Acquisition System Research

Du Qian

Branch of China Telecom Co., Ltd., Leshan Branch Sichuan Leshan 614000

Software Radio Technology in order with remote control, telemetry features in aerospace, civil and other aspects can be widely used in order to realize the radio communication signal processing, the receiving and development of data acquisition system through the communication signal, to ensure effective communication signal processing results accuracy. This paper first carries on the analysis to the secondly, radio technology, combined with the actual case, the received communication signal and data acquisition system in practical application is discussed, intended to ensure the stable development of radio communication technology.

radio technology; communication signal; receiving and collecting

TP274.2；TN851

A

1009-6434（2017）02-0037-02