基于数字信道化的跳频信号频率测量研究

布刚刚,罗 明

(西安电子科技大学，西安 710071)



基于数字信道化的跳频信号频率测量研究

布刚刚,罗 明

(西安电子科技大学，西安 710071)

跳频通信与数字信道化接收机技术应用广泛，基于数字信道化接收原理，介绍了跳频信号测量在存在信道模糊时信号所在真实信道的判决。仿真结果也证明了这种结构原理的简便及有效。

数字信道化；信道模糊；跳频；信道判决

0 引 言

跳频通信系统受一伪随机码的控制，不断地、随机地跳变，具有较高的抗干扰性能并易于实现通信组网且容易兼容。目前跳频技术在军事通信、移动通信、计算机无线数据传输、无线局域网等领域都有着广泛的应用。

跳频信号接收机应具有宽输入带宽、高频率分辨率、多信号并行处理能力，最好还能对接收到的信息进行实时或者准实时的处理。数字信道化接收机就是可以实现以上大多数特征的一种接收机。

近几年随着微电子技术的飞速发展，数字信道化技术得到了越来越广泛的应用。数字信道化接收机的缺点是频率分辨率不高[1]，可能存在某一跳频信号在多个信道中出现的情况[2]，本文提出的信道判决方法将判别信号所在的真实信道并且测出这一跳内的信号频率。

1 数字信道化接收机原理

数字信道化接收机是将接收到的宽带信号依次经过数字下变频、低通滤波器然后得到基带信号，为了减少后续硬件处理数据速率压力，一般在滤波输出后进行D倍的下抽取获得最后的输出。其中不同的信道采用不同的变频本振将不同频段的信号下变频到基带通过滤波器输出。低通滤波器组实现信道化的原理如图1所示[3-4]。

图1 低通滤波器组实现信道化结构

S(n)为接收到的中频信号，ω0、ω1、…、ωk-1为不同的变频本振，hLP(n)为低通滤波器，y0(m)、y1(m)、…、yk-1(m)为经抽取后每个信道的输出。

2 信道模糊

为了实现无盲区接收，一般采用相邻信道交叠的方式[5]，如图2所示。

图2 信道叠接方式

上述信道交叠方式会使得某一信道的频率成分泄露到相邻者的信道中去。这种由滤波器过渡带和信号属性导致的一个输入信号在多个信道中出现的情况称为“信道模糊”。

3 抽取倍数与信道判决

3.1 抽取倍数和子信道个数之间的约束关系

若接收机的总带宽为fs，则每一信道的带宽为fs/k，每一信道都经过不同的变频本振下变频到基带，以第K个信道为例：第K个信道的输出示意图如图3所示。

图3 下变频后第k信道的输出示意图

如图3所示，对于采样率为fs的数字信道化接收机，如果接收机分为k个子信道，则每个信道的带宽是fs/2k，由于过渡带的作用相邻信道之间相互叠接，故下变频后每个信道实际输出的信号带限是fs/k。而信号经过滤波器后通过D倍的下抽取后数据速率变为fs/D，即每一信道的采样率为fs/D。故由采样定理可得，要无模糊地描述每个信道内的信号则有：

fs/D≥2·fs/k

(1)

即满足：

k≥2·D

(2)

这便是信道个数和抽取倍数之间的约束关系。

3.2 信道判决

信道模糊的本质是滤波器存在过渡带，那么即使提高滤波器的阶数也不能有效避免这个问题，而如果满足了上述所说子信道个数与抽取的关系，则可以利用“信道模糊”来判定信号真实所在的信道。

由图2可知，要将信号判定在信道K，则信号频率I/Q需满足：

(3)

结合图1，经过本振频率为ωk的混频，及D倍的下抽取后需满足：

(4)

这里将满足式(2)的最大抽取值k=2D代入式(4)，则有：

(5)

而若满足：

(6)

则判定信号在信道K之外。

4 仿真结果

表1 编码与调频频率之间的关系

图4为输入信号的频谱及信道划分示意图。在S/N=10dB的条件下,图5～图7分别是第6个信道、第7个信道和第8个信道的瞬时测频结果。

图4 信道划分及输入信号频谱示意图

图5 信道6中的瞬时频率(归一化)结果

图6 信道7中的瞬时频率(归一化)结果

图7 信道8中的瞬时频率(归一化)结果

对于信道6：在时间0～125μs之间，频率归一化均值为-0.292 9，故可判定信号在信道7。由-0.298 5×20MHz=-5.858 0MHz,估计频率为-5.970+25=19.142 0MHz，与真实值19MHz相比绝对误差为0.007 5。

对于信道8：在时间125～250μs之间，频率归一化均值为 0.292 0，故可判定信号在信道7。由0.292 0×20MHz=5.840 0MHz,估计频率为5.840 0+5=10.840 0MHz，与真实值11MHz相比绝对误差为0.014 5。

对于信道7：在时间0 ～125μs之间，频率归一化均值为 0.199 3，故可判定信号在信道7。由0.199 3×20MHz=3.986 0MHz,估计频率为3.986 0+15=18.986 0MHz，与真实值19MHz相比绝对误差为0.000 1。在时间125～250μs之间，频率归一化均值为 -0.187 8，故可判定信号在信道7。由-0.187 8×20MHz=-3.756 0MHz,估计频率为-3.756 0+15=11.244 0MHz，与真实值11MHz相比绝对误差为0.022 2。

5 结束语

本文讨论了数字信道化的实现原理结构，指出了数字信道化接收机存在的信道模糊问题，并论证了在保证解模糊的前提下信道划分数与抽取倍数之间的关系。在保证信道数k≥2×D(D为下抽取倍数)的前提下，可根据相邻信道的归一化频率判断信号所在的真实信道，从而推测接收到当前的跳频频率。仿真结果验证了在满足抽取倍数的前提下判决信道和测量调频频率的可行性。

[1]HingWen,LiuNai,SunXianpu.SpreadSpectrumCommunicationandItsMultipleAccess[M].Xi'an:XidianUniveristyPress,2004.

[2]DanielRZ,DavidLS,TimothyWF.Ahardware-efficient,multirate,digitalchannelizedreceiverarchitecture[J].IEEETransactionsonAerospaceandElectronicSystems,1998,34(1):137-152.

[3] 陈永其,黄爱苹, 严文忠. 一种宽带中频数字信道化侦察接收机方案[J].电子对抗技术,2003,33(8):34- 35.

[4]RabinerLR,CrochiereRE.多抽样率数字信号处理[M].酆广增译.北京:人民邮电出版社,1988.

[5] 杨小牛,楼才义,徐建良.软件无线电原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2001.

Frequency Measurement Study of Frequency Hopping Signal Based on Digital Channelization

BU Gang-gang，LUO Ming

(Xidian University，Xi'an 710071，China)

Frequency hopping communication and digital channelization receiver technology has been widely used.Based on the principle of digital channelization reception,this paper introduces the adjudgement of real channel which the signal is in when channel ambiguity exists in frequency hopping measurement.Lastly the simulation result validates that the structure theory is simpy and effective.

digital channelization;channel ambiguity;frequency hopping;channel judgement

2014-10-23

TN914.41

A

CN32-1413(2015)01-0062-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.01.015