基于软件无线电技术的通信信号接收与大数据采集系统研究

杜 乾



基于软件无线电技术的通信信号接收与大数据采集系统研究

杜 乾

中国电信股份有限公司乐山分公司，四川 乐山 614000

软件无线电技术以其具有远程遥控、遥测的特点，在航空航天、民用等方面得以广泛运用。为了有效实现无线电通信信号处理的目的，通过通信信号接收与大数据采集系统的研制，有效确保通信信号处理结果的精准度。首先对软件无线电技术进行了分析，其次结合实际案例，对通信信号接收与大数据采集系统实际应用予以阐述，意在确保无线电通信技术的稳定发展。

无线电技术；通信信号；接收与采集

航空航天、导弹与信息控制、民用通信均对软件无线电技术进行合理运用，从而实现国内国防建设、经济进步的目的。而信息接收、处理与控制的重要性逐渐引起人们的高度重视，其原因在于：信号数据处理准确性对后续各项决策的判断有着深远影响[1]。

1 软件无线电技术

软件无线电技术（Soft Ware Radio，SWR）是指在公共平台，结合软件编程技术的选择，设定的无线电系统。较为理想的软件无线电技术应具有软件编程的优势，以无线电为运行平台，通过RF波段、信道接入、信道调制等编程内容，实现通信信号处理目的。关于软件无线电技术包含DSP技术、A/D-D/A技术、数字下变频技术。

首先，DSP技术（数字信号处理，Digital Signal Processing，简称DSP）。DSP技术通过基带处理和编译码、调制解调与比特流处理等工作的开展，实现数字处理的目的，其作为软件无线电技术的核心构件，若数字编译码相对较低，可利用单一DSP调制解调实现，如其处理能力无法满足数字编译的前提下，则可通过DSP芯片混合运用的方式，提高DSP技术数字编译码调制解调能力[2]。

其次，A/D-D/A技术。A/D技术（宽带模数变换器）、D/A技术（数模变换器）两种技术类型的存在，需在协调运用的前提下方可发挥自身的优势，因此，软件无线电对于A/D-D/A技术标准相对较高，如采样速率、采样精度等，其中采样速率可通过信号带实现，其原因在于软件无线电技术拥有较宽的信号接收带，即采样速率需在信号带宽度2.5倍以上；采样精度：应在80 dB的范围内，至少保持12位采样数据，若要更好提升采样器件性能，则可通过多台ADC并联运用的原则。

最后，数字下变频技术（Digital Down Converter or DDC）。作为软件无线电技术的关键技术类型，涉及NCO模块（数控振荡器，Nu-merical Control Oscillator）、抽取滤波模块两个基本模块，其中NCO模块可通过正余弦值的产生，实现数据输入与相乘的目的，最终实现混频处理的目的；抽取滤波模块包含CIC滤波器（积分梳状抽取滤波器）、HBF滤波器（多级半带滤波器）常用级联结构，若信号带宽度较大，则抽取倍数相对较低，则可对FIR滤波器予以有效利用[3]。

2 通信信号接收与大数据采集系统

2.1 案例

某实验室存在多台跳频电台，其中各跳频电台通信间距为600 m、跳频为1.2 MHz，通过通信信号接收与大数据采集系统的运用，在参数设定的前提下，对实验室内调频电台信号予以接收，结合计算机设备，完成通信信号数据的实时采集工作。假设：对一台跳频电台数据采集，则设定噪比为10 dB、跳速为6跳/s、噪幅为-86 dBm，其跳频为8.7 MHz；若为2台跳频电台，其设定噪比、跳速、噪幅与一台相同，即其跳频分别8.4 MHz、8.7 MHz；若为4台跳频电台，则设定噪比为10 dB、调速为6跳/s、噪幅为-91 dBm，即各个跳频电台频率为8.2  MHz、8.47 MHz、8.75 MHz、9.01 MHz。

2.2 系统构成

对于通信信号接受与大数据采集系统构成，其硬件分为天线、接收机、采集卡和变频器、接口板与计算机。

第一，天线。天线属于软件无线电技术硬件中不可或缺的组成结构，只需通过硬件自身的优势所完成，无需软件加载环节的参与。同时，软件无线电智能性、可编程性优势的衍生，可有效确保天线信号接收后数据组合工作，以此实现降噪、抑扰、增量的目的。对此应在软件天线选择中，贯彻落实以下几点标准：可覆盖整体工作段；可通过程序加载原理完成系统功能、参数设定工作，其中已实现的天线设计技术分为智能化天线技术、多频段天线技术、模块与通用化技术等。

第二，接收机。在本次研究实验中，选择宽带超外差类型接收机，利用射频处理、中频变频电路相结合的方式，对通信信号予以接收。一般情况下，可通过API函数、VC++的方式，对接收数据进行处理。其中API函数虽使用范围相对较宽，但因多种因素的存在，使得日常使用期间具有较大的难度，而VC++控件的运用，引起具有灵活性、易用性优势深入系统开发者的青睐。

第三，采集卡，如对A/D-D/A采集卡的运用，其最大采样速率为66 MSPS、噪比为76 dB、分辨率为15位。

第四，变频器。变频器作为软件无线电接收端，通过对高速数字信号的输入与输出，实现频带信号向基带数据流的转变，其功能可分为三点：变频、低通滤波、采样速率压缩，从而有利于通信信号解调解码的实现。

第五，接口板和计算机。接口板：主要以DMA板为主、传输频率为82 MBytes/s、分辨率32位；计算机：作为通信信号接收、采集控制中心与显示终端，需选用工业控制计算机。

3 结束语

本文通过对软件无线电DSP技术、A/D-D/A技术、数字下变频技术予以分析，以案例为核心，对其无线电通信系统构成进行详细阐述。利用实验数据采集结果表明，软件无线电通信系统的运用对于通信信号处理有着决定性作用[4]。

[1]文延东，文双春，刘昱，等.基于软件无线电的通信信号测试平台设计与实现[J].计算机工程与科学，2016，38（9）：1769-1775.

[2]袁俊.软件无线电技术在海面通信信号处理中的实现[J].舰船科学技术，2015（4）：191-194.

[3]黄安琪，冯超，孙建锋，等.基于软件无线电平台的RFID被动侦测技术[J].计算机工程，2014，40（4）：91-95.

[4]刘陆华，田增山，胡宏，等.软件无线电虚拟频谱仪的设计与实现[J].电子技术应用，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