以無線通信基礎對數字信道化技術的研究

劉曄 馬純清 文敏

摘 要：數字信道化技術是無線通信系統最為重要的技術之一，文章通過對信道化的劃分方式的研究，推導出了一種結構體系，并運用計算機進行模擬驗證，證明了該結構體能夠運用于實際工程。

關鍵詞：無線通信；信道化；劃分；結構

無線通信行業發展極為迅速，但在技術方面也出現了一些困難與阻礙，例如：無線系統信號通道如何劃分、如何分配等問題。無線通信信道一般是根據不同信號頻段的載波頻率、信道帶寬不同而導致的信號的均勻與不均勻的劃分，這種劃分方式是目前眾所周知的信號的信道劃分。我們以當前最為流行的軟件無線電為基礎，研究無線通信信道化技術的數字化模型結構，從而推導出了一種實現無線通信信號系統高效運行的信道化結構體系。

1 無線信號信道的劃分

根據輸入信號的形式與可采用的頻帶將信道均勻的劃分K個帶域，在每個不同的帶域中可以實現各自的數據處理。這種分類方式具有多通道并行處理數據的特點，傳輸處理快，高效快捷，節省更多的時間。

2 數字化高校系統機構推導

設輸入一個信號s（n），信道數為K，則可以從其結構中得到第k路的輸出信號為yk（m）={[s（n）*ejωkn]}，第k路信道的調制頻率為ωk={k-（2K-1）/4}*2π/K（其中k=0，1…K-1）

3寬帶數字信道化接收機

3.1 目前的寬帶數字信道化接收機現狀

目前唯一種能夠滿足人們需求的接收機只有可編程門陣列（FPGA）和數字信號處理（DSP）技術的數字信道化接收機，這種接收機具有瞬間寬帶、動態范圍較大，同時還可以處理多個信號，還能夠截獲捕捉到監視范圍內所有的的可監視信號，因此，寬帶接收機廣泛應用數字信道化技術。

但是，伴隨著大量高性能芯片的出現以及數字器件的高速發展，應用數字信道化的接收機已經出現發展的瓶頸，信道化接收處理數據的時間、對每個信道的分辨率有限等也使信道化接收機的測試精度大大限制。

3.2 基于多相快速傅里葉變換的新型數字信道化結構

為了解決數字信道化快速發展瓶頸，一種新的結構被提出，基于多相快速傅里葉變換的新型數字信道化結構，它能夠進行實時并行濾波對信號進行檢測，并能夠使數字信道化結構更加簡單、高效，并且具有很強的實用性，其結構運用了流水線工作模式、插值法以及進行多次測量然后取其平均值等方法是信號的測試精度及其頻率精度到了大大的保證。

3.3 數字信道化接收機模擬設計

我們運用 FPGA和DSP器件來設計一個瞬間帶寬（采樣率fs）如640MHz的寬帶數字雷達偵察接收機的樣機。模擬出一個基于多相快速傅里葉變換的數字信道化結構的算法的接收機對信號接受處理的框圖，為了使數據率降低，采用模擬正交下變頻結構運用于前端射頻部分，零中頻信號輸出I/Q兩路，采用每秒的8位模數的2個最高采樣率為640萬樣本數轉換器件在A/D部分。為了使時域分辨率得到提高，系統按流水線方式工作選取并行處理的4塊多相快速傅里葉變換的新型數字信道化結構模塊。每一幀數據長度N=128，每一塊多相快速傅里葉變換的數字信道化結構模塊分成8個路段（p=8），每個路段選取一個16點（q=16）的快速傅里葉變換的數字信道化結構器件；每一塊多相快速傅里葉變換的數字信道化結構模塊的每兩幀數據間有重疊點數據64個，而不同的多相快速傅里葉變換的數字信道化結構模塊則是按照流水線的方式進行工作的，其有16個點的流水深度，其意思是只有16個點不重復數據在相鄰數據幀間。系統的時間分辨率T=16ts=16/640MHz=25ns，頻率分辨率仍為f=fs/N=5MHz，由于多塊多相快速傅里葉變換的數字信道化結構模塊并行工作，留給FPGA模塊中的的信號處理時間為留給每一塊多相快速傅里葉變換的數字信道化結構模塊的處理時間，即TR=64ts=64/640MHz=100ns，FPGA模塊的數據輸出率為每一塊多相快速傅里葉變換的數字信道化結構模塊的每一路段數據輸出率。

對于全系統的關鍵是FPGA內部各功能模塊的設計，當A/D工作時，FPGA中有高達640MB/s的數據流輸入，此時必須有與此相匹配各功能模塊的處理速度，尤其是要求有不低于處理速度輸入的速度輸入到多相快速傅里葉變換的數字信道化結構模塊中，才能夠使實時處理得到實現。FPGA模塊主要的功能是負責檢測在頻域實時信號是否存在，而DSP模塊的功能則是僅僅需要處理過門限的譜線進行也就是計算時頻參數，這樣便大大降低了數據率。

系統的主要性能指標需要達到如下要求：640MHz瞬時帶寬；最大偏差0.5MHz插值頻率估計；25ns的時域分辨率。要求多次測量求統計平均（對樣本在25個以上）對于隸屬同一個輻射源脈沖序列的時頻參數，求完之后能夠大大的提高測量的精度，頻率精度提高大約有0.1MHz（這一數據也受到頻譜幅度測量精度的影響），時域精度提高大約5ns。

4 結束語

在無線通信高速發展的現在，數字信道化技術已經成為其發展的最為關鍵的技術之一，利用數字信道化技術將頻段分為K個獨立不同的子帶信道段，各個不同的子帶路能夠做到并行接受并處理數據。文章的研究與探討對數字信道化技術的結構，推導出來的一種具有多相濾波的高性能的數字信道化結構體系，該結構具有計算量小、性能高效等特點，并運用與寬帶數字信道化接收機，使其具有了數字信道化接收機的許多優點之外，還具有一些其不具有的優點，如高靈敏度、高效的處理功能、瞬時、數據的輸出率較低等眾多優點，并對其進行了模擬仿真檢驗，驗證了其正確性。與此同時，該結構運用了FPGA來實現運行，使多通道并行運算的優點得到了充分的展示，同時文章在研究虛線系統數字信道化有一定的成果，在工程實際中也有一定的運用價值。

參考文獻

[1]TsuiJ.寬帶數字接收機[M].楊小牛譯.北京：電子工業出版社，2002.

[2]陳亮，李建東，董偉.信道誤差下MIMO魯棒迫零接收機[J].西安電子科技大學學報，2008.

[3]周欣，吳瑛.一種基于多相濾波的高效信道化算法研究及改進[J].信號處理，2008.

[4]付俊平.基于無線通信的數字信道化技術研究[Z].

[5]唐宏，趙春暉，張朝柱.一種基于多相濾波器組的信道化接收機設計方法[J].應用科技.

作者簡介：劉曄（1970-），女，吉林省長春市人，工作單位：民航吉林空中交通管理分局，職務：工程師，研究方向：通信。