電子通信信號的可變帶寬接收方法

谷天苓

（朝陽市人力資源和社會保障信息中心，遼寧 朝陽 122000）

0 引 言

對于電子信息系統而言，可變帶寬的接收效果與系統的信息交互、通信效果之間具有直接的關系，目前已有相關學者針對可變帶寬接收領域展開設計。常安琪等人設計了一種基于CNYFR的寬帶信號接收技術，通過單片模擬數字轉換器（Analog-to-Digital Converter，ADC）均勻采樣實現對信號的超寬帶接收[1]。由于Nyquist折疊接收機打破了傳統奈奎斯特采樣定理的制約，因此該方法在此基礎上針對單頻和線性調頻2種形式的信號建立了本振信號模型，并通過Nyquist區域估計和時頻分布檢測確定信號的載頻值，進而可在信噪比不斷變化的情況下實現對不同寬帶信號的接收。馬濤等人設計了一種基于面向儀器系統的PCI擴展（PCI eXtensions for Instrumentation，PXI）總線的高增益寬帶寬接收前端，在滿足電子通信信號工程設計要求的基礎上，具有一體化的寬帶微波電路、小型化濾波器等結構[2]。根據前端接收設備的高增益要求，對接收器的前端樣本進行整改，提高了可變帶寬接收的精度。基于上述分析，本研究針對電子信息系統設計了一種電子通信信號的可變帶寬接收方法。

1 方法設計

1.1 多級數字信道劃分

在可變帶寬接收中，信道劃分是一個最基本的操作環節[3,4]。在劃分信道時，需要考慮接收機中濾波器組計算量的大小。典型的信道劃分通常有50%交疊與0交疊2種不同的交疊方式，在歸一化幅度中的交疊頻率如圖1所示。

圖1 不同交疊形式下的頻率劃分

在經典的0交疊信道頻率中，由于很難確保信號衰減過程中全頻帶接收的效率，此時的信道劃分會在50%交疊處以較大的優勢實現全頻段接收。基于此，以滿足自身優勢為前提，有效劃分不同頻帶信號[5,6]。

設置子通道末端的基礎信道為原有信道的2～4倍，此時低通濾波器原型的頻率響應函數可以描述為

式中：p0為多通道處理在低通結構中的獨立消耗容量；pk為任意子通道的數值；Kh為低通濾波器在快速傅里葉算法中的響應頻率。結合以上方法，可以對多級數字信道進行劃分。

1.2 計算電子通信信號濾波響應頻率

在鄰道合并區間內均可以保證頻率特定的響應機制，通過疊加態的濾波數據實現等效輸出的帶寬接收[7,8]。如果接收機內恰巧有若干個3D的子通道，那么作為濾波處理的鄰域疊加工具，濾波器必須滿足以下條件

式中：Pk(·)為低通濾波原型內的重度疊加系數；edp為低通濾波的響應頻率；hm為頻域響應系數。基于鄰道合并條件，可以有效計算電子通信信號濾波響應頻率。

1.3 設計電子通信信號可變帶寬接收算法

獲取電子通信信號濾波響應頻率后，設計可變帶寬的接收算法，具體流程如圖2所示。

圖2 可變帶寬接收算法流程

2 實驗設計

2.1 搭建實驗平臺

為了測試電子通信信號的可變帶寬接收方法的有效性，建立高階信號接收性能的實驗平臺，其結構如圖3所示。

圖3 實驗平臺結構

實驗平臺中，控制板連接信號發射板與信號接收板。信號在經過發射板后，通過上交變頻器、合路器放大功放并傳遞到接收天線。接收天線內的信號會與轉發器相互輸入與輸出，降低輸出信號的功放，流經分路器、下腳變頻器等傳遞至信號接收板。通過該基站平臺，可以對信號源進行干涉處理，十分適合作為電磁環境下通信信號的測試平臺。為了保證所有信道內信號的帶寬匹配機制均可以實現，可以在變頻序列中對中心頻率進行相應的調整。以濾波器的特性為核心，進行核函數的計算。除了保證時域波形與頻譜的完整性之外，還需要在路基帶寬的信號波形內獲取更高的頻率。在實驗平臺中，設置信號響應頻率為35.74 MHz，偽碼傳播速率為 1.25×106b/s，載波傳播速率為10.048 Mb/s，通信信號采樣頻率為250 Hz，偽碼相位為0.2°，帶寬信噪比為-10 dB。仿真參數設置完成后，分別測試理想環境與惡劣環境下的信號接收結果。通過頻域監測與時域檢測的方式，驗證信號帶寬的接收情況。

2.2 理想環境下信號接收帶寬結果分析

以信道1、信道2、信道3、信道4、信道5以及信道6作為信號接收的通道，可以得到不同信道在理想環境與不同頻率下的可變帶寬接收情況。理想環境下信號接收帶寬變化情況如表1所示。

表1 理想環境下信號接收帶寬幅度變化

在信道1～信道6中，大多數頻率下的信號接收帶寬均在1～2 kb/s。在頻率為75 Hz頻率時，信道1的接收帶寬突然增加至38.34 kb/s，隨后又迅速滑落至原有的高度。在信道2、第信道3、信道4、信道5以及信道6中，信號接收帶寬的變化情況與信道1基本相同。通過以上實驗數據可知，應用本文方法后，所有尋到信號接收帶寬的峰值所處頻率十分接近，基本都在75 Hz。此外，6個信道的信號接收帶寬在除了75 Hz頻率之外的地方沒有明顯差異。由此可見，在理想的電子通信信號接收過程中，本文方法輸出的信號頻譜沒有發生畸變現象，該方法可以在理想情況下使用。

2.3 惡劣環境下信號接收帶寬結果分析

以最惡劣的環境為基準，在與理想環境相同的信道中以相同的實驗參數分別測試50～500 MHz頻率下6個信道的信號接收情況，實驗結果如表2所示。

表2 惡劣環境下信號接收帶寬幅度變化

在惡劣情況下，不同頻率的信號接收帶寬變化情況與理想環境相似。惡劣環境下，信道1較為突出的信號接收帶寬同樣出現在75 Hz頻率時，其余頻率下的信號接收帶寬與理想情況相似。在信道2～信道6中，除75 Hz頻率之外的信號接收帶寬與其他條件下的沒有明顯區別。由以上數據可知，本文方法在惡劣環境下同樣可以使用，只是相較于理想環境，其信號接收帶寬的峰值有所降低。

3 結 論

綜上所述，設計了一種新的電子通信信號的可變帶寬接收方法，詳細介紹了信號的生成、捕獲、載波區分等設計結構的重點方案，并通過實驗驗證了理想環境與惡劣環境下信號帶寬的接收效果。與此同時，該方法仍存在一定的不足之處，對算法內一些可能出現的誤差有待進一步分析，載波相位提取算法在天線陣列的排布中也需要進一步完善，未來研究中將不斷優化改進以上問題。