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1、基于软件无线电的数字化接收机的研究
2、第1摘 要：给出了四种基于软件无线电的数字化接收机方案:单通道窄带数字化接收机、单通道宽带数字化接收机、多通道宽带并行数字化接收机和基于多相滤波的多通道宽带信道化数字化接收机。分析了四种方案的原理、结构和实现方法,给出了MATLAB仿真和实验结果。与传统接收机方案相比,这些方案具有结构简单、功能强大和易于升级的优势。 关键词：软件无线电数字化接收机欠采样正交解调信道化接收机 软件无线电[1～3](Soft+1) (1) 其中f0是信号的载波,fs为采样频率,B为信号的带宽,m=1,
3、2,3…,且m满足fs≥2B。欠采样方式以大于两倍信号带宽的速率对带通信号进行采样,与传统的采样方式相比降低了采样后的数据量及后续电路设计的复杂度。例如对于载波频率为10.7MHz的信号,可取m=15,则采样频率fs=1.38MHz。 图1(a)的虚框部分是软件处理部分(其他框图同),信号的解调采用基于欠采样的正交解调原理完成。经过奇偶抽取,两路输出信号在时域上相差半个采样点,在频域相当于相差一个延迟因子ejouseg(this)"> 两路信号经过滤波校正后进行解调计算[4],得到基带信号。1.2单通道宽带数字化接收机 单
4、通道窄带数字化接收机通过可调的滤波器每次接收一个频道信号,而单通道宽带数字化接收机要把选定范围内的信号全部接收采集进来,然后通过软件选择频率处理,这种接收机的原理见图1(b)。 由于接收的信号是宽带的,所以不能用欠采样的方法进行数据采集。信号的采样率按照奈奎斯特原理进行计算,如需要载波频率为f1的信号,便使宽带信号通过频率为f1的正交本振对信号进行正交分解,然后经过低通滤波,降速抽取,最后利用解调算法获得基带信号。1.3多通道宽带并行数字化接收机 上述两种数字化接收机方案只能同时接收一个信号,不具备多信号处理的能力,所以称为单通
5、道接收机。若同时对多个通道上的信号进行处理,可以将图1(b)中A/D采样后的信号分为多个并行通道,分别进行数字下变频、滤波和软件解调,原理见图1(c)。这种方法思路简单,但系统比较复杂。1.4基于多相滤波的多通道宽带信道化数字化接收机 多通道并行宽带中波数字化接收机的数字本振是固定的,这在非合作性(或被动性)的条件下,无法对整个频段的信号进行监听。软件无线电的信道化理论可以完成对整个选定频段范围信号的全概率获得,可应用于追踪、查找非法电台、干扰电台及不法信号发射装置的中波广播信号,净化电磁空间,维护通讯安全,其原理见图1(d)(接
6、收信号为实信号的情况)。 信道化数字化接收机是将接收信号通过一组滤波器(称为信道化滤波器)均匀分成D个子频带输出,再将各个子频带的信号搬移到基带,进行降速抽取,最后解调处理。将以上信号处理过程进行数学优化[5],可以大大减少计算量,得到如图1(d)的形式。500)this.style.ouseg(this)">(a)单通道窄带数字化接收机原理框图500)this.style.ouseg(this)">(b)单通道宽带数字化接收机原理框图500)this.style.ouseg(this)">(c)多通道宽带并行数字化接收机原理框图
7、500)this.style.ouseg(this)">(d)实信号多通道宽带信道化数字化接收机原理框图图1四种基于软件无线电数字化接收机方案原理2仿真及实验结果 根据现有条件对1.4节和1.1节的接收机分别进行仿真和实验。2.1基于多相滤波的多通道宽带信道化数字化接收机的MATLAB仿真 基于多相滤波结构的信道化处理结构中,其中D通常取2的幂次方,这样DFT可以用快速傅立叶变换FFT来计算,以提高计算率。取采样率fs=6MHz,其无混叠带宽为3MHz,把3MHz带宽D=32路信道化输出,则32路信道中每一个通道所占的信道宽度为
8、3MHz/32=93.75kHz。通过基于多相滤波结构的信道化处理,可以获得整个3MHz带宽内全部信号情况。为便于说明,假设整个信道有6个调幅信号,其分布及信号的参数见表1。 仿真是在信噪比为10dB的条件下进行的,图2给出了仿真信号的时域、频域波形和相应通道的基带信号波形。由仿真图的结果可以看出,信号经过基于多相滤波结构信道化的接收机处理后,能够正确获得每个信道上的基带信号,从而可以实现整个中波带宽内信号的全概率接收。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">
9、(a)3MHz带宽内的信号波形500)this.style.ouseg(this)">(b)3MHz带宽内的信号频谱情况500)this.style.ouseg(this)">(c)通道3的信号基带波形500)this.style.o
