淺析寬帶多制式無線通信信號解調測試算法

摘要：文章從寬帶無線通信的發展現狀出發，針對當前寬帶無線通信信號解調測試算法中存在的問題，結合寬帶無線通信的實時多域分析架構，提出了一種新的解調測試算法，對I/O信號的解調預處理載波頻偏進行補償和粗估計，確定采樣率與碼率的倍數關系，以實現載波相位的同步跟蹤和符號的同步定位，提高測試的精度，為鐵路通信工程施工提供相關借鑒。

關鍵詞：寬帶多制式；無線通信信號；解調測試算法；鐵路通信

中圖分類號：TN911 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）04-0061-03

1 概述

當前，寬帶無線通信是信息通信產業中發展最快的領域之一。寬帶無線通信技術的應用，將計算機、移動通信和互聯網連接起來，擴大了通信覆蓋的范圍，為廣大用戶提供了更為便捷的連接方式和更多的業務種類，個人通信也成了現實。上個世紀前半葉，我國鐵路運輸事業開始發展起來，但鐵路通信設備還比較簡單。鐵路通信是利用無線通信、有線通信、光纖通信等技術、設備，交換和傳輸鐵路運輸建設及生產中的各種信息。

為了滿足人們無線數據高速傳輸的需要，寬帶無線通信傳輸的速度將不斷提高，信號調制方式也將從模擬調制轉變為矢量調制，編碼方式和調制方式也更加復雜。在寬帶無線通信快速發展的過程中，要求寬帶無線通信能在頻域、時域、碼域、調制域等多域中進行測試。傳統通信信號的測試方法不能實現這種測試的要求，因此，寬帶無線通信測試也面臨著改革，以適應當前鐵路通信工程施工的需要。

2 寬帶無線通信的實時多域分析

隨著通信體制的改革，寬帶無線通信的結構也發生了變化：由單一的載波調試系統轉變為多載波調制系統。信號調制的方法也由簡單的QPSK、BPSK、FSK轉變為高階的8-PSK、OQPSK、QAM。在數據編碼方式方面，也由早期的代數碼、分組碼、RS碼發展為LDPC碼、Turbo碼、卷積碼。為了滿足通信的抗干擾性和安全性要求，擴頻、跳頻通信技術的應用范圍也不斷擴展。這些新技術、新方法的應用，使寬帶無線通信數據傳輸的速率大大提高。

2.1 寬帶無線通信的實時多域分析架構

該系統的后端采用的是全數字中頻結構，前端采用的是超外差結構，在數字域中能夠完成信號的多域聯合分析、調制分析、頻譜分析。通過寬帶的數字掃描和分析，在測試頻帶上能夠連續掃描信號頻譜信息，將其送入到上層結構中。在該模式下，經過DDC處理可以得到I/O信號，在滿足條件時能夠將其存儲到存儲器中。

該系統是一個開放性、多邊形的數字信號處理系統，與目前的分析架構相比，該系統能夠根據測量對象的要求和特點，在線生成新的硬件算法，從而為通信信號實時多域分析提供可能。由于該系統結構的分析方法是通過DSA和FPGA來實現的，大大減少了系統的開銷，也提高了系統測試的速度。

2.2 通信分析

在該分析架構模式下，經過通信分析，在抽取數字濾波后，將其存儲到相應的存儲器中，以I/O信號基帶來進行處理，這樣就實現了通信性能的快速分析和測試，如圖1所示。

2.3 物理特性分析

物理特性分析是對寬帶無線通信信號的駐留時間、頻譜、功率電平等物理指標數據進行分析。在寬帶無線通信技術發展的同時，寬帶通信信號也呈現出新、大、寬帶特點，因此需要采取不同方法，從頻域、時域、時頻域來測量和分析。針對這個問題，本文采用了一種新的分析方法。具體如下：

（1）多域分析。寬帶無線通信的多域物理分析是建立在全數字中頻技術的頻譜分析基礎之上的，結合無縫存儲技術和觸發檢測算法，實現多域分析的準確性。同時，結合全數字頻譜掃描方法，擴展測試頻率的跨度，讓頻譜分析覆蓋到寬帶無線通信的各個頻段。其基本結構如圖2所示。

（2）實時多域分析。寬帶無線通信的實時多域分析的工作原理如下：DDC輸出的I/O信號通過連續無縫存儲裝置保存在相應的存儲器中，信號處理算法將該數據作為被測的信號來分析。假定存儲器的容量較大且信號能連續進行存儲，通過采樣周期就能夠得出時間信息，在頻譜分析中實現信號的實時多域分析。因此，如果后級信號處理器處理的時域信號比信號采集時間要短，則實時分析是完全可以實現的。從實際情況來看，如果存儲的深度較深，能夠對一定時間內的信號進行無縫獲取，則能夠實現該段信號的實時分析。

（3）頻譜掃描分析。寬帶無線通信傳輸速率的提高，使傳輸帶寬也不斷加寬，工作頻帶的寬度能夠達到幾十MHZ。擴頻、跳頻技術的應用，通信信號也不斷擴展。目前，工作頻帶寬度最高能達到110MHZ，與寬帶通信信號的頻譜測試要求不相符合。因此，為了滿足大頻率跨度測試的需要，應對寬帶無線通信信號進行高精度讀的頻譜分析，才能避免頻譜分析模式中無法對全頻段頻譜進行分析問題。

3 寬帶無線通信信號解調處理算法

寬帶無線通信信號在測試過程城中，為了滿足誤碼率、EVM通信指標的測試結果，在測試之前要對這些通信指標進行解調處理。下面就結合寬帶無線通信測試的需要，基于寬帶無線通信的實時多域分析，提出了一種新的多制式寬帶通信信號解調處理算法。

3.1 聯合解調處理機制

寬帶無線通信實時多域分析架構的提出，促進了聯合解調處理機制的產生。該處理機制又專用調解處理、解調預處理組成，通過專用解調算法和預處理算法來處理測量信號，解調精度較高。專用解調處理是根據信號類型而采取不同的解調處理算法和流程，提高解調的精度。寬帶無線通信測試過程中，調制方式不同的測量信號，其解調處理算法和流程是不同的。如M-QAM和M-PSK信號，采用過零點檢測算法效果并不好，可以將完成信號進行同步處理，再面向判決載波進行相位跟蹤。OQPSK信號與M-QAM、M-PSK信號的解調方法不同，在相偏較小時可能會導致算法性能不佳，影響整個接受系統載波的同步處理。因此，OQPSK信號解調處理對頻率相位的同步要求較高。解調預處理主要是對被測信號較大的載波進行修正，對測試信道進行補償，調整采樣頻率。在修正載波大頻時，采用了載波頻偏盲估計算法，能夠用于殘余頻偏進行捕獲。

3.2 載波頻偏盲估計算法

在寬帶無線通信的物理特性分析和通信分析時，被測信號頻帶的位置一般是波動的，載波頻偏也較大，使為測信號載波的同步處理增加了難度。因此，在寬帶無線通信信號實時多域分析時，要對被測信號的載波偏差進行修正和粗略估計，使補償信號能夠滿足載波同步處理的需要，再以專用載波對其進行定位跟蹤。

3.3 任意倍數的重采樣算法

在寬帶實時分析中，為了實現對任意調制方式和碼率的寬帶通信信號進行實時多域復分析，其DDC抽取系數及輸出采樣率、中頻的ADC采樣速率、系統工作時鐘等都應是固定的。這樣才能夠得出被測基帶的I/O信號的碼率與采樣率之間為任意的分數，同時，為了提高定時同步的精度，在同步算法中，輸入的采樣率和碼率應是整數倍關系。

3.4 M-QAM和M-PSK調制算法

M-QAM信號調制處理可以在M-PSK信號調制處理的基礎上進行擴展，二者的調解處理可進行統一分析，其具體流程為：解調預處理——符號定位同步——自適應均衡——載波同步。在寬帶通信信號實時分析過程中，被測得的M-QAM和M-PSK信號是經過解調預處理的，對載波頻偏進行了補償和粗估計，且采樣率與碼率是整數倍關系，對前端的測試信號采取了固定補償措施。

3.5 OQPSK調制算法

在寬帶無線通信信號實時多域分析架構基礎上，產生了一種專門的解調算法，即OQPSK調制算法。該算法的流程如下：解調預處理——載波頻率同步——自適應盲均衡——載波相位和定時誤差的聯合估計及校正。在寬帶通信信號實時分析過程中，OQPSK調制算法對I/O信號的解調預處理載波頻偏進行補償和粗估計，且采樣率與碼率是整數倍關系，對前端的測試信號采取了固定補償措施。再通過載波相位和定時誤差的聯合估計及校正，能夠對混頻及內插濾波進行處理，實現載波相位的同步跟蹤。

4 結語

在信息通信領域中，寬帶無線通信信號有非常重要的作用。寬帶無線通信信號具有低功率、強突發性、高傳輸率、大帶寬、高瞬變等特點，在未來通信領域中發展前景非常廣闊。在寬帶無線通信信號實時多域分析架構基礎上，本文探討了一種新的解調測試算法，能夠有效解決寬帶無線通信中誤觸發、漏觸發等問題，實現載波相位的同步跟蹤和符號的同步定位。寬帶無線通信信號解調測試算法的發展，能夠滿足鐵路通信業務繁多、設備多樣的特點，還能夠實現鐵路通信工程建設信息的實時交換和傳輸，實現列車、機動車輛的統一指揮和調度，保證形成的效率和安全。

參考文獻

[1] 閻嘯.寬帶多制式無線通信信號解調測試算法研究[D].電子科技大學，2010.

[2] 張濤.基于跳頻技術的數字寬帶傳輸系統的研究[D].大連理工大學，2009.

[3] 張小欣.高速寬帶OFDM無線通信系統的若干關鍵技術研究[D].北京大學，2009.

[4] 楊峰.脈沖超寬帶通信的欠采樣方法研究[D].電子科技大學，2010.

作者簡介：姜銳（1976—），男，四川武勝人，供職于中鐵建電氣化局集團南方工程有限公司，研究方向：鐵路通信工程。

3.2 載波頻偏盲估計算法

在寬帶無線通信的物理特性分析和通信分析時，被測信號頻帶的位置一般是波動的，載波頻偏也較大，使為測信號載波的同步處理增加了難度。因此，在寬帶無線通信信號實時多域分析時，要對被測信號的載波偏差進行修正和粗略估計，使補償信號能夠滿足載波同步處理的需要，再以專用載波對其進行定位跟蹤。

3.3 任意倍數的重采樣算法

在寬帶實時分析中，為了實現對任意調制方式和碼率的寬帶通信信號進行實時多域復分析，其DDC抽取系數及輸出采樣率、中頻的ADC采樣速率、系統工作時鐘等都應是固定的。這樣才能夠得出被測基帶的I/O信號的碼率與采樣率之間為任意的分數，同時，為了提高定時同步的精度，在同步算法中，輸入的采樣率和碼率應是整數倍關系。

3.4 M-QAM和M-PSK調制算法

M-QAM信號調制處理可以在M-PSK信號調制處理的基礎上進行擴展，二者的調解處理可進行統一分析，其具體流程為：解調預處理——符號定位同步——自適應均衡——載波同步。在寬帶通信信號實時分析過程中，被測得的M-QAM和M-PSK信號是經過解調預處理的，對載波頻偏進行了補償和粗估計，且采樣率與碼率是整數倍關系，對前端的測試信號采取了固定補償措施。

3.5 OQPSK調制算法

在寬帶無線通信信號實時多域分析架構基礎上，產生了一種專門的解調算法，即OQPSK調制算法。該算法的流程如下：解調預處理——載波頻率同步——自適應盲均衡——載波相位和定時誤差的聯合估計及校正。在寬帶通信信號實時分析過程中，OQPSK調制算法對I/O信號的解調預處理載波頻偏進行補償和粗估計，且采樣率與碼率是整數倍關系，對前端的測試信號采取了固定補償措施。再通過載波相位和定時誤差的聯合估計及校正，能夠對混頻及內插濾波進行處理，實現載波相位的同步跟蹤。

4 結語

在信息通信領域中，寬帶無線通信信號有非常重要的作用。寬帶無線通信信號具有低功率、強突發性、高傳輸率、大帶寬、高瞬變等特點，在未來通信領域中發展前景非常廣闊。在寬帶無線通信信號實時多域分析架構基礎上，本文探討了一種新的解調測試算法，能夠有效解決寬帶無線通信中誤觸發、漏觸發等問題，實現載波相位的同步跟蹤和符號的同步定位。寬帶無線通信信號解調測試算法的發展，能夠滿足鐵路通信業務繁多、設備多樣的特點，還能夠實現鐵路通信工程建設信息的實時交換和傳輸，實現列車、機動車輛的統一指揮和調度，保證形成的效率和安全。

參考文獻

[1] 閻嘯.寬帶多制式無線通信信號解調測試算法研究[D].電子科技大學，2010.

[2] 張濤.基于跳頻技術的數字寬帶傳輸系統的研究[D].大連理工大學，2009.

[3] 張小欣.高速寬帶OFDM無線通信系統的若干關鍵技術研究[D].北京大學，2009.

[4] 楊峰.脈沖超寬帶通信的欠采樣方法研究[D].電子科技大學，2010.

作者簡介：姜銳（1976—），男，四川武勝人，供職于中鐵建電氣化局集團南方工程有限公司，研究方向：鐵路通信工程。

3.2 載波頻偏盲估計算法

在寬帶無線通信的物理特性分析和通信分析時，被測信號頻帶的位置一般是波動的，載波頻偏也較大，使為測信號載波的同步處理增加了難度。因此，在寬帶無線通信信號實時多域分析時，要對被測信號的載波偏差進行修正和粗略估計，使補償信號能夠滿足載波同步處理的需要，再以專用載波對其進行定位跟蹤。

3.3 任意倍數的重采樣算法

在寬帶實時分析中，為了實現對任意調制方式和碼率的寬帶通信信號進行實時多域復分析，其DDC抽取系數及輸出采樣率、中頻的ADC采樣速率、系統工作時鐘等都應是固定的。這樣才能夠得出被測基帶的I/O信號的碼率與采樣率之間為任意的分數，同時，為了提高定時同步的精度，在同步算法中，輸入的采樣率和碼率應是整數倍關系。

3.4 M-QAM和M-PSK調制算法

M-QAM信號調制處理可以在M-PSK信號調制處理的基礎上進行擴展，二者的調解處理可進行統一分析，其具體流程為：解調預處理——符號定位同步——自適應均衡——載波同步。在寬帶通信信號實時分析過程中，被測得的M-QAM和M-PSK信號是經過解調預處理的，對載波頻偏進行了補償和粗估計，且采樣率與碼率是整數倍關系，對前端的測試信號采取了固定補償措施。

3.5 OQPSK調制算法

在寬帶無線通信信號實時多域分析架構基礎上，產生了一種專門的解調算法，即OQPSK調制算法。該算法的流程如下：解調預處理——載波頻率同步——自適應盲均衡——載波相位和定時誤差的聯合估計及校正。在寬帶通信信號實時分析過程中，OQPSK調制算法對I/O信號的解調預處理載波頻偏進行補償和粗估計，且采樣率與碼率是整數倍關系，對前端的測試信號采取了固定補償措施。再通過載波相位和定時誤差的聯合估計及校正，能夠對混頻及內插濾波進行處理，實現載波相位的同步跟蹤。

4 結語

在信息通信領域中，寬帶無線通信信號有非常重要的作用。寬帶無線通信信號具有低功率、強突發性、高傳輸率、大帶寬、高瞬變等特點，在未來通信領域中發展前景非常廣闊。在寬帶無線通信信號實時多域分析架構基礎上，本文探討了一種新的解調測試算法，能夠有效解決寬帶無線通信中誤觸發、漏觸發等問題，實現載波相位的同步跟蹤和符號的同步定位。寬帶無線通信信號解調測試算法的發展，能夠滿足鐵路通信業務繁多、設備多樣的特點，還能夠實現鐵路通信工程建設信息的實時交換和傳輸，實現列車、機動車輛的統一指揮和調度，保證形成的效率和安全。

參考文獻

[1] 閻嘯.寬帶多制式無線通信信號解調測試算法研究[D].電子科技大學，2010.

[2] 張濤.基于跳頻技術的數字寬帶傳輸系統的研究[D].大連理工大學，2009.

[3] 張小欣.高速寬帶OFDM無線通信系統的若干關鍵技術研究[D].北京大學，2009.

[4] 楊峰.脈沖超寬帶通信的欠采樣方法研究[D].電子科技大學，2010.

作者簡介：姜銳（1976—），男，四川武勝人，供職于中鐵建電氣化局集團南方工程有限公司，研究方向：鐵路通信工程。