杜 乾

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基于軟件無線電技術(shù)的通信信號接收與大數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究

杜 乾

中國電信股份有限公司樂山分公司，四川 樂山 614000

軟件無線電技術(shù)以其具有遠(yuǎn)程遙控、遙測的特點(diǎn)，在航空航天、民用等方面得以廣泛運(yùn)用。為了有效實(shí)現(xiàn)無線電通信信號處理的目的，通過通信信號接收與大數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制，有效確保通信信號處理結(jié)果的精準(zhǔn)度。首先對軟件無線電技術(shù)進(jìn)行了分析，其次結(jié)合實(shí)際案例，對通信信號接收與大數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用予以闡述，意在確保無線電通信技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展。

無線電技術(shù)；通信信號；接收與采集

航空航天、導(dǎo)彈與信息控制、民用通信均對軟件無線電技術(shù)進(jìn)行合理運(yùn)用，從而實(shí)現(xiàn)國內(nèi)國防建設(shè)、經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的目的。而信息接收、處理與控制的重要性逐漸引起人們的高度重視，其原因在于：信號數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確性對后續(xù)各項(xiàng)決策的判斷有著深遠(yuǎn)影響[1]。

1 軟件無線電技術(shù)

軟件無線電技術(shù)（Soft Ware Radio，SWR）是指在公共平臺，結(jié)合軟件編程技術(shù)的選擇，設(shè)定的無線電系統(tǒng)。較為理想的軟件無線電技術(shù)應(yīng)具有軟件編程的優(yōu)勢，以無線電為運(yùn)行平臺，通過RF波段、信道接入、信道調(diào)制等編程內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)通信信號處理目的。關(guān)于軟件無線電技術(shù)包含DSP技術(shù)、A/D-D/A技術(shù)、數(shù)字下變頻技術(shù)。

首先，DSP技術(shù)（數(shù)字信號處理，Digital Signal Processing，簡稱DSP）。DSP技術(shù)通過基帶處理和編譯碼、調(diào)制解調(diào)與比特流處理等工作的開展，實(shí)現(xiàn)數(shù)字處理的目的，其作為軟件無線電技術(shù)的核心構(gòu)件，若數(shù)字編譯碼相對較低，可利用單一DSP調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)，如其處理能力無法滿足數(shù)字編譯的前提下，則可通過DSP芯片混合運(yùn)用的方式，提高DSP技術(shù)數(shù)字編譯碼調(diào)制解調(diào)能力[2]。

其次，A/D-D/A技術(shù)。A/D技術(shù)（寬帶模數(shù)變換器）、D/A技術(shù)（數(shù)模變換器）兩種技術(shù)類型的存在，需在協(xié)調(diào)運(yùn)用的前提下方可發(fā)揮自身的優(yōu)勢，因此，軟件無線電對于A/D-D/A技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相對較高，如采樣速率、采樣精度等，其中采樣速率可通過信號帶實(shí)現(xiàn)，其原因在于軟件無線電技術(shù)擁有較寬的信號接收帶，即采樣速率需在信號帶寬度2.5倍以上；采樣精度：應(yīng)在80?dB的范圍內(nèi)，至少保持12位采樣數(shù)據(jù)，若要更好提升采樣器件性能，則可通過多臺ADC并聯(lián)運(yùn)用的原則。

最后，數(shù)字下變頻技術(shù)（Digital Down Converter or DDC）。作為軟件無線電技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)類型，涉及NCO模塊（數(shù)控振蕩器，Nu-merical Control Oscillator）、抽取濾波模塊兩個基本模塊，其中NCO模塊可通過正余弦值的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入與相乘的目的，最終實(shí)現(xiàn)混頻處理的目的；抽取濾波模塊包含CIC濾波器（積分梳狀抽取濾波器）、HBF濾波器（多級半帶濾波器）常用級聯(lián)結(jié)構(gòu)，若信號帶寬度較大，則抽取倍數(shù)相對較低，則可對FIR濾波器予以有效利用[3]。

2 通信信號接收與大數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2.1 案例

某實(shí)驗(yàn)室存在多臺跳頻電臺，其中各跳頻電臺通信間距為600?m、跳頻為1.2?MHz，通過通信信號接收與大數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)用，在參數(shù)設(shè)定的前提下，對實(shí)驗(yàn)室內(nèi)調(diào)頻電臺信號予以接收，結(jié)合計(jì)算機(jī)設(shè)備，完成通信信號數(shù)據(jù)的實(shí)時采集工作。假設(shè)：對一臺跳頻電臺數(shù)據(jù)采集，則設(shè)定噪比為10?dB、跳速為6跳/s、噪幅為-86?dBm，其跳頻為8.7?MHz；若為2臺跳頻電臺，其設(shè)定噪比、跳速、噪幅與一臺相同，即其跳頻分別8.4?MHz、8.7?MHz；若為4臺跳頻電臺，則設(shè)定噪比為10?dB、調(diào)速為6跳/s、噪幅為-91?dBm，即各個跳頻電臺頻率為8.2??MHz、8.47?MHz、8.75?MHz、9.01?MHz。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

對于通信信號接受與大數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成，其硬件分為天線、接收機(jī)、采集卡和變頻器、接口板與計(jì)算機(jī)。

第一，天線。天線屬于軟件無線電技術(shù)硬件中不可或缺的組成結(jié)構(gòu)，只需通過硬件自身的優(yōu)勢所完成，無需軟件加載環(huán)節(jié)的參與。同時，軟件無線電智能性、可編程性優(yōu)勢的衍生，可有效確保天線信號接收后數(shù)據(jù)組合工作，以此實(shí)現(xiàn)降噪、抑?jǐn)_、增量的目的。對此應(yīng)在軟件天線選擇中，貫徹落實(shí)以下幾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)：可覆蓋整體工作段；可通過程序加載原理完成系統(tǒng)功能、參數(shù)設(shè)定工作，其中已實(shí)現(xiàn)的天線設(shè)計(jì)技術(shù)分為智能化天線技術(shù)、多頻段天線技術(shù)、模塊與通用化技術(shù)等。

第二，接收機(jī)。在本次研究實(shí)驗(yàn)中，選擇寬帶超外差類型接收機(jī)，利用射頻處理、中頻變頻電路相結(jié)合的方式，對通信信號予以接收。一般情況下，可通過API函數(shù)、VC++的方式，對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。其中API函數(shù)雖使用范圍相對較寬，但因多種因素的存在，使得日常使用期間具有較大的難度，而VC++控件的運(yùn)用，引起具有靈活性、易用性優(yōu)勢深入系統(tǒng)開發(fā)者的青睞。

第三，采集卡，如對A/D-D/A采集卡的運(yùn)用，其最大采樣速率為66?MSPS、噪比為76?dB、分辨率為15位。

第四，變頻器。變頻器作為軟件無線電接收端，通過對高速數(shù)字信號的輸入與輸出，實(shí)現(xiàn)頻帶信號向基帶數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)變，其功能可分為三點(diǎn)：變頻、低通濾波、采樣速率壓縮，從而有利于通信信號解調(diào)解碼的實(shí)現(xiàn)。

第五，接口板和計(jì)算機(jī)。接口板：主要以DMA板為主、傳輸頻率為82?MBytes/s、分辨率32位；計(jì)算機(jī)：作為通信信號接收、采集控制中心與顯示終端，需選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。

3 結(jié)束語

本文通過對軟件無線電DSP技術(shù)、A/D-D/A技術(shù)、數(shù)字下變頻技術(shù)予以分析，以案例為核心，對其無線電通信系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行詳細(xì)闡述。利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集結(jié)果表明，軟件無線電通信系統(tǒng)的運(yùn)用對于通信信號處理有著決定性作用[4]。

[1]文延?xùn)|，文雙春，劉昱，等.基于軟件無線電的通信信號測試平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2016，38（9）：1769-1775.

[2]袁俊.軟件無線電技術(shù)在海面通信信號處理中的實(shí)現(xiàn)[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2015（4）：191-194.

[3]黃安琪，馮超，孫建鋒，等.基于軟件無線電平臺的RFID被動偵測技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)工程，2014，40（4）：91-95.

[4]劉陸華，田增山，胡宏，等.軟件無線電虛擬頻譜儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2014，40（7）：119-121.

Based on the Technology of Software Radio Communication Signal Receiving and Data Acquisition System Research

Du Qian

Branch of China Telecom Co., Ltd., Leshan Branch Sichuan Leshan 614000

Software Radio Technology in order with remote control, telemetry features in aerospace, civil and other aspects can be widely used in order to realize the radio communication signal processing, the receiving and development of data acquisition system through the communication signal, to ensure effective communication signal processing results accuracy. This paper first carries on the analysis to the secondly, radio technology, combined with the actual case, the received communication signal and data acquisition system in practical application is discussed, intended to ensure the stable development of radio communication technology.

radio technology; communication signal; receiving and collecting

TP274.2；TN851

A

1009-6434（2017）02-0037-02