以无线通信基础对数字信道化技术的研究

刘晔 马纯清 文敏

摘 要：数字信道化技术是无线通信系统最为重要的技术之一，文章通过对信道化的划分方式的研究，推导出了一种结构体系，并运用计算机进行模拟验证，证明了该结构体能够运用于实际工程。

关键词：无线通信；信道化；划分；结构

无线通信行业发展极为迅速，但在技术方面也出现了一些困难与阻碍，例如：无线系统信号通道如何划分、如何分配等问题。无线通信信道一般是根据不同信号频段的载波频率、信道带宽不同而导致的信号的均匀与不均匀的划分，这种划分方式是目前众所周知的信号的信道划分。我们以当前最为流行的软件无线电为基础，研究无线通信信道化技术的数字化模型结构，从而推导出了一种实现无线通信信号系统高效运行的信道化结构体系。

1 无线信号信道的划分

根据输入信号的形式与可采用的频带将信道均匀的划分K个带域，在每个不同的带域中可以实现各自的数据处理。这种分类方式具有多通道并行处理数据的特点，传输处理快，高效快捷，节省更多的时间。

2 数字化高校系统机构推导

设输入一个信号s（n），信道数为K，则可以从其结构中得到第k路的输出信号为yk（m）={[s（n）*ejωkn]}，第k路信道的调制频率为ωk={k-（2K-1）/4}*2π/K（其中k=0，1…K-1）

3宽带数字信道化接收机

3.1 目前的宽带数字信道化接收机现状

目前唯一种能够满足人们需求的接收机只有可编程门阵列（FPGA）和数字信号处理（DSP）技术的数字信道化接收机，这种接收机具有瞬间宽带、动态范围较大，同时还可以处理多个信号，还能够截获捕捉到监视范围内所有的的可监视信号，因此，宽带接收机广泛应用数字信道化技术。

但是，伴随着大量高性能芯片的出现以及数字器件的高速发展，应用数字信道化的接收机已经出现发展的瓶颈，信道化接收处理数据的时间、对每个信道的分辨率有限等也使信道化接收机的测试精度大大限制。

3.2 基于多相快速傅里叶变换的新型数字信道化结构

为了解决数字信道化快速发展瓶颈，一种新的结构被提出，基于多相快速傅里叶变换的新型数字信道化结构，它能够进行实时并行滤波对信号进行检测，并能够使数字信道化结构更加简单、高效，并且具有很强的实用性，其结构运用了流水线工作模式、插值法以及进行多次测量然后取其平均值等方法是信号的测试精度及其频率精度到了大大的保证。

3.3 数字信道化接收机模拟设计

我们运用 FPGA和DSP器件来设计一个瞬间带宽（采样率fs）如640MHz的宽带数字雷达侦察接收机的样机。模拟出一个基于多相快速傅里叶变换的数字信道化结构的算法的接收机对信号接受处理的框图，为了使数据率降低，采用模拟正交下变频结构运用于前端射频部分，零中频信号输出I/Q两路，采用每秒的8位模数的2个最高采样率为640万样本数转换器件在A/D部分。为了使时域分辨率得到提高，系统按流水线方式工作选取并行处理的4块多相快速傅里叶变换的新型数字信道化结构模块。每一帧数据长度N=128，每一块多相快速傅里叶变换的数字信道化结构模块分成8个路段（p=8），每个路段选取一个16点（q=16）的快速傅里叶变换的数字信道化结构器件；每一块多相快速傅里叶变换的数字信道化结构模块的每两帧数据间有重叠点数据64个，而不同的多相快速傅里叶变换的数字信道化结构模块则是按照流水线的方式进行工作的，其有16个点的流水深度，其意思是只有16个点不重复数据在相邻数据帧间。系统的时间分辨率T=16ts=16/640MHz=25ns，频率分辨率仍为f=fs/N=5MHz，由于多块多相快速傅里叶变换的数字信道化结构模块并行工作，留给FPGA模块中的的信号处理时间为留给每一块多相快速傅里叶变换的数字信道化结构模块的处理时间，即TR=64ts=64/640MHz=100ns，FPGA模块的数据输出率为每一块多相快速傅里叶变换的数字信道化结构模块的每一路段数据输出率。

对于全系统的关键是FPGA内部各功能模块的设计，当A/D工作时，FPGA中有高达640MB/s的数据流输入，此时必须有与此相匹配各功能模块的处理速度，尤其是要求有不低于处理速度输入的速度输入到多相快速傅里叶变换的数字信道化结构模块中，才能够使实时处理得到实现。FPGA模块主要的功能是负责检测在频域实时信号是否存在，而DSP模块的功能则是仅仅需要处理过门限的谱线进行也就是计算时频参数，这样便大大降低了数据率。

系统的主要性能指标需要达到如下要求：640MHz瞬时带宽；最大偏差0.5MHz插值频率估计；25ns的时域分辨率。要求多次测量求统计平均（对样本在25个以上）对于隶属同一个辐射源脉冲序列的时频参数，求完之后能够大大的提高测量的精度，频率精度提高大约有0.1MHz（这一数据也受到频谱幅度测量精度的影响），时域精度提高大约5ns。

4 结束语

在无线通信高速发展的现在，数字信道化技术已经成为其发展的最为关键的技术之一，利用数字信道化技术将频段分为K个独立不同的子带信道段，各个不同的子带路能够做到并行接受并处理数据。文章的研究与探讨对数字信道化技术的结构，推导出来的一种具有多相滤波的高性能的数字信道化结构体系，该结构具有计算量小、性能高效等特点，并运用与宽带数字信道化接收机，使其具有了数字信道化接收机的许多优点之外，还具有一些其不具有的优点，如高灵敏度、高效的处理功能、瞬时、数据的输出率较低等众多优点，并对其进行了模拟仿真检验，验证了其正确性。与此同时，该结构运用了FPGA来实现运行，使多通道并行运算的优点得到了充分的展示，同时文章在研究虚线系统数字信道化有一定的成果，在工程实际中也有一定的运用价值。

参考文献

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[5]唐宏，赵春晖，张朝柱.一种基于多相滤波器组的信道化接收机设计方法[J].应用科技.

作者简介：刘晔（1970-），女，吉林省长春市人，工作单位：民航吉林空中交通管理分局，职务：工程师，研究方向：通信。