电子通信信号的可变带宽接收方法
时间：2023-01-18 13:40:12 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
谷天苓
（朝阳市人力资源和社会保障信息中心，辽宁 朝阳 122000）
对于电子信息系统而言，可变带宽的接收效果与系统的信息交互、通信效果之间具有直接的关系，目前已有相关学者针对可变带宽接收领域展开设计。常安琪等人设计了一种基于CNYFR的宽带信号接收技术，通过单片模拟数字转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）均匀采样实现对信号的超宽带接收[1]。由于Nyquist折叠接收机打破了传统奈奎斯特采样定理的制约，因此该方法在此基础上针对单频和线性调频2种形式的信号建立了本振信号模型，并通过Nyquist区域估计和时频分布检测确定信号的载频值，进而可在信噪比不断变化的情况下实现对不同宽带信号的接收。马涛等人设计了一种基于面向仪器系统的PCI扩展（PCI eXtensions for Instrumentation，PXI）总线的高增益宽带宽接收前端，在满足电子通信信号工程设计要求的基础上，具有一体化的宽带微波电路、小型化滤波器等结构[2]。根据前端接收设备的高增益要求，对接收器的前端样本进行整改，提高了可变带宽接收的精度。基于上述分析，本研究针对电子信息系统设计了一种电子通信信号的可变带宽接收方法。
1.1 多级数字信道划分
在可变带宽接收中，信道划分是一个最基本的操作环节[3,4]。在划分信道时，需要考虑接收机中滤波器组计算量的大小。典型的信道划分通常有50%交叠与0交叠2种不同的交叠方式，在归一化幅度中的交叠频率如图1所示。
图1 不同交叠形式下的频率划分
在经典的0交叠信道频率中，由于很难确保信号衰减过程中全频带接收的效率，此时的信道划分会在50%交叠处以较大的优势实现全频段接收。基于此，以满足自身优势为前提，有效划分不同频带信号[5,6]。
设置子通道末端的基础信道为原有信道的2～4倍，此时低通滤波器原型的频率响应函数可以描述为
式中：p0为多通道处理在低通结构中的独立消耗容量；
pk为任意子通道的数值；
Kh为低通滤波器在快速傅里叶算法中的响应频率。结合以上方法，可以对多级数字信道进行划分。
1.2 计算电子通信信号滤波响应频率
在邻道合并区间内均可以保证频率特定的响应机制，通过叠加态的滤波数据实现等效输出的带宽接收[7,8]。如果接收机内恰巧有若干个3D的子通道，那么作为滤波处理的邻域叠加工具，滤波器必须满足以下条件
式中：Pk(·)为低通滤波原型内的重度叠加系数；
edp为低通滤波的响应频率；
hm为频域响应系数。基于邻道合并条件，可以有效计算电子通信信号滤波响应频率。
1.3 设计电子通信信号可变带宽接收算法
获取电子通信信号滤波响应频率后，设计可变带宽的接收算法，具体流程如图2所示。
图2 可变带宽接收算法流程
2.1 搭建实验平台
为了测试电子通信信号的可变带宽接收方法的有效性，建立高阶信号接收性能的实验平台，其结构如图3所示。
图3 实验平台结构
实验平台中，控制板连接信号发射板与信号接收板。信号在经过发射板后，通过上交变频器、合路器放大功放并传递到接收天线。接收天线内的信号会与转发器相互输入与输出，降低输出信号的功放，流经分路器、下脚变频器等传递至信号接收板。通过该基站平台，可以对信号源进行干涉处理，十分适合作为电磁环境下通信信号的测试平台。为了保证所有信道内信号的带宽匹配机制均可以实现，可以在变频序列中对中心频率进行相应的调整。以滤波器的特性为核心，进行核函数的计算。除了保证时域波形与频谱的完整性之外，还需要在路基带宽的信号波形内获取更高的频率。在实验平台中，设置信号响应频率为35.74 MHz，伪码传播速率为 1.25×106b/s，载波传播速率为10.048 Mb/s，通信信号采样频率为250 Hz，伪码相位为0.2°，带宽信噪比为-10 dB。仿真参数设置完成后，分别测试理想环境与恶劣环境下的信号接收结果。通过频域监测与时域检测的方式，验证信号带宽的接收情况。
2.2 理想环境下信号接收带宽结果分析
以信道1、信道2、信道3、信道4、信道5以及信道6作为信号接收的通道，可以得到不同信道在理想环境与不同频率下的可变带宽接收情况。理想环境下信号接收带宽变化情况如表1所示。
表1 理想环境下信号接收带宽幅度变化
在信道1～信道6中，大多数频率下的信号接收带宽均在1～2 kb/s。在频率为75 Hz频率时，信道1的接收带宽突然增加至38.34 kb/s，随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，信号接收带宽的变化情况与信道1基本相同。通过以上实验数据可知，应用本文方法后，所有寻到信号接收带宽的峰值所处频率十分接近，基本都在75 Hz。此外，6个信道的信号接收带宽在除了75 Hz频率之外的地方没有明显差异。由此可见，在理想的电子通信信号接收过程中，本文方法输出的信号频谱没有发生畸变现象，该方法可以在理想情况下使用。
2.3 恶劣环境下信号接收带宽结果分析
以最恶劣的环境为基准，在与理想环境相同的信道中以相同的实验参数分别测试50～500 MHz频率下6个信道的信号接收情况，实验结果如表2所示。
表2 恶劣环境下信号接收带宽幅度变化
在恶劣情况下，不同频率的信号接收带宽变化情况与理想环境相似。恶劣环境下，信道1较为突出的信号接收带宽同样出现在75 Hz频率时，其余频率下的信号接收带宽与理想情况相似。在信道2～信道6中，除75 Hz频率之外的信号接收带宽与其他条件下的没有明显区别。由以上数据可知，本文方法在恶劣环境下同样可以使用，只是相较于理想环境，其信号接收带宽的峰值有所降低。
综上所述，设计了一种新的电子通信信号的可变带宽接收方法，详细介绍了信号的生成、捕获、载波区分等设计结构的重点方案，并通过实验验证了理想环境与恶劣环境下信号带宽的接收效果。与此同时，该方法仍存在一定的不足之处，对算法内一些可能出现的误差有待进一步分析，载波相位提取算法在天线阵列的排布中也需要进一步完善，未来研究中将不断优化改进以上问题。
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