一种基于多相滤波器组的信道化接收机设计方法

宽带数字信道化接收机综述作者：郑保佐来源：《数字技术与应用》2018年第05期摘要：本文分析了数字信道化接收机的系统结构，研究了数字信道化接收机技术的发展趋势。

关键词：宽带；数字信道化接收机；处理技术中图分类号：TN851 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）05-0037-01数字信道化接收机是一种基于数字信道化滤波器组形成的结构设计模式，它可分为不同的类型，而数字信道化接收机在实践中具有一定的灵活性，可以提升工作效率。

1 数字信道化接收机的系统结构1.1 单通道的数字信道化接收机单通道的信道化接收机主要是通过不同接收机并联形成不同的信道接受模式，通过构建多通道的数字信道化接收方式，不同的子信道的接收机结构相对较为完整。

1.2 中频数字信道化接收机中频数字信道化接收机是一种基于模拟混频器和滤波器进行信道的划分整理，利用采样以及数字信号处理的方式加强控制管理的结构模式。

但是，此种模式缺乏稳定性与灵活性。

而DDC类型的数字信道化接收机，可以对射频信号进行采样，在利用数字混频以及滤波对信道进行划分，这样就可以凸显数字电路以及数字信号的优势特征，但是此种模式在系统接受宽带以及动态范围的过程中会受到ADC的性能限制与影响。

单通道的数字信道化接收机的子信道是独立的，可以对其进行独立的设计，且灵活性相对较高，系统中的硬件资源利用效率则相对较低，在其需要数目种类较多的子信道的时候，就会导致硬件资源过度消耗，其结构相对较为复杂，而单通道的数字信道化接收机职能在少量的子信道系统中应用[1]。

1.3 FFT类型的的数字信道化接收机快速傅里叶变换是一种应用较为频繁的信道技术，而通过FFT则可以构建平频域滤波器，进而对频域信道进行分析。

但是频域滤波器的频率呈现Sinc函数，其阻带衰呈现减低的状态，对此，可以利用视域家窗户的方式增强滤波器组的整体性能，也就是一种将STET作为核心技术的信道化接收机类型，此种数字信道化结构在实践中运算效率相对较高，且其系统相对较为简单，可以保障接收机分布均匀的效果。

以无线通信基础对数字信道化技术的研究数字信道化技术是无线通信系统最为重要的技术之一，文章通过对信道化的划分方式的研究，推导出了一种结构体系，并运用计算机进行模拟验证，证明了该结构体能够运用于实际工程。

标签：无线通信；信道化；划分；结构无线通信行业发展极为迅速，但在技术方面也出现了一些困难与阻碍，例如：无线系统信号通道如何划分、如何分配等问题。

无线通信信道一般是根据不同信号频段的载波频率、信道带宽不同而导致的信号的均匀与不均匀的划分，这种划分方式是目前众所周知的信号的信道划分。

我们以当前最为流行的软件无线电为基础，研究无线通信信道化技术的数字化模型结构，从而推导出了一种实现无线通信信号系统高效运行的信道化结构体系。

1 无线信号信道的划分根据输入信号的形式与可采用的频带将信道均匀的划分K个带域，在每个不同的带域中可以实现各自的数据处理。

这种分类方式具有多通道并行处理数据的特点，传输处理快，高效快捷，节省更多的时间。

2 数字化高校系统机构推导设输入一个信号s（n），信道数为K，则可以从其结构中得到第k路的输出信号为yk（m）={[s（n）*ejωkn]}，第k路信道的调制频率为ωk={k-（2K-1）/4}*2π/K （其中k=0，1…K-1）3宽带数字信道化接收机3.1 目前的宽带数字信道化接收机现状目前唯一种能够满足人们需求的接收机只有可编程门阵列（FPGA）和数字信号处理（DSP）技术的数字信道化接收机，这种接收机具有瞬间宽带、动态范围较大，同时还可以处理多个信号，还能够截获捕捉到监视范围内所有的的可监视信号，因此，宽带接收机广泛应用数字信道化技术。

但是，伴随着大量高性能芯片的出现以及数字器件的高速发展，应用数字信道化的接收机已经出现发展的瓶颈，信道化接收处理数据的时间、对每个信道的分辨率有限等也使信道化接收机的测试精度大大限制。

3.2 基于多相快速傅里叶变换的新型数字信道化结构为了解决数字信道化快速发展瓶颈，一种新的结构被提出，基于多相快速傅里叶变换的新型数字信道化结构，它能够进行实时并行滤波对信号进行检测，并能够使数字信道化结构更加简单、高效，并且具有很强的实用性，其结构运用了流水线工作模式、插值法以及进行多次测量然后取其平均值等方法是信号的测试精度及其频率精度到了大大的保证。

容差判决和参数估计结合解决信道化接收机跨信道问题王阳;徐忠伟;程嗣怡【摘要】大带宽信号通过信道化接收机后会在多个信道内产生输出,出现跨信道问题.如何快速有效地解决跨信道问题具有十分重要的意义.文章分析了相邻信道输出信号间的时间关联关系,提出了判断多信道输出信号是否来自同一辐射源的判定准则,以及一种可靠的信号时间参数估计方法,能够简便有效地解决跨信道问题.仿真结果显示:在接收机系统参数固定的情况下,能够有效地进行辐射源的同一性判定,当信噪比大于-3 dB时,参数估计算法具有较高的精度,其中脉冲幅度的相对误差不超过7％.【期刊名称】《空军工程大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(016)002【总页数】6页(P61-66)【关键词】信道化接收机;跨信道问题;时间关联关系;参数估计【作者】王阳;徐忠伟;程嗣怡【作者单位】空军工程大学航空航天工程学院,西安,710038;空军工程大学航空航天工程学院,西安,710038;空军工程大学航空航天工程学院,西安,710038【正文语种】中文【中图分类】TN97;V243在雷达侦察系统中，信道化接收机因为具有宽输入带宽、高频率分辨力、大动态范围、多信号并行处理能力以及对大量信息的实时处理能力，从而在电子侦察领域有着广泛的应用[1]。

由于接收机接收到的都是非合作信号，接收信号带宽很可能大于单个信道的带宽，造成单信号输入多信道输出的现象，形成跨信道问题[2-3]，各个信道输出信号均失真，这将使我们对信号的数量和参数产生误判，造成对辐射源的测量不真实。

如何处理跨信道问题，是研究信道化接收机的关键，目前较常见的有2种方法，一是进行多次信道划分，通过多级处理，使宽带信号最终在一个信道内输出，如两级信道化法[4]，可以减小运算量和硬件实现的规模，但该方法并不能真正解决跨信道问题，只是减小了信号跨信道的概率[5]；二是从信号重构[6]的角度出发，利用多信道输出恢复出原始信号，如动态滤波器法[7]，该方法能够较好解决跨信道问题，但是增加了计算量和结构复杂度，且必须对输出信号是否来自同一辐射源进行判定，而这方面的相关文献还比较少。

一种无盲区数字信道化接收机高效结构方案研究作者：杜乔, 贺知明来源：《现代电子技术》2010年第13期摘要:利用多相滤波器组的成熟理论推导出一种高效的宽带数字信道化接收机结构,并且结合瞬时测频技术,可以实现多通道信号全概率适时接收的跨信道判决,避免虚假信号的产生。

利用Matlab进行了仿真测试和验证,仿真结果证明了该实现方法的可行性和有效性。

关键词:数字信道化; 多相滤波; 无盲区接收; 瞬时测频中图分类号:TN911 文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)13-0063-03Structure of Digital Channelized Receiver without Dead ZoneDU Qiao, HE Zhi-ming(University of Electronic Science and Technology, Chengdu 611731, China)Abstract: An architecture of a broadband digital channelized receiver was deduced with the mature theory of DFT polyphase filter banks. The cross-channel decision for receiving the multi-channel signals with total probability at the right time can be achieved in combination with the instantaneous frequency measurement technology to avoid the false signal generation. The simulation testing and verification were performed with Matlab software. The simulation result indicates that the method is feasible and effective.Keywords: digital channelization; polyphase filtering; receive without dead zone; instantaneous frequency measurement0 引言软件无线电作为未来无线通信的发展方向,吸引着国内外通信领域的科技人员对其各项关键技术进行全面深入的科学研究[1]。

第一章 基于多相滤波的数字信道化接收理论及仿真1.1电子侦察背景下软件无线电接收机分析 ****************段名兴*********************文凤2.1.1 软件无线电中的数字接收机软件无线电中的数字接收机主要由三大部分组成，第一部分是对从天线接收下来的射频信号进行处理，第二部分是高速的模数转换（A/D ），最后是数字部分的信号处理单元（DSP ），如下图2-1。

图2-1 软件无线电数字接收机三大主要部分基于软件无线电的思想，应尽量简化射频端的处理，让A/D 转换尽可能地靠近天线去完成模拟信号的数字化，用尽可能多得软件去对数字信号进行处理，实现各种功能和指标。

故模数转换器（ADC ）起着十分关键的作用，它在数字接收机中的工作位置不仅决定了射频前端的组成结构，也影响着后面数字信号处理的方式和指标要求，而目前比较成熟和可实行的方案是对中频信号进行A/D 变换，即射频前端把信号混频到中频，再A/D 变换后进行DSP 处理，DSP 处理单元中先对数字信号进行数字下变频（DDC ），再对下变频后的基带信号进行处理。

这种数字中频接收机常见的有单通道数字接收机和并行多通道数字接收机。

所谓单通道软件无线电接收机是指接收机在同一时刻只能对所选择的一个中心频点上的信号进行解调分析。

其结构框图如下：H(w)为抽FIR 滤波器级联实现。

I(m)和Q(m)分别称为信号的同相分量和正交分量，对信号进行接收解调的目的实际上就是提取这两个分量，由这两个量提取出原始信号的瞬时频率、瞬时相位和瞬时幅度。

从图可知，A/D 转换后的数字信号，在进行数字下变频时，数字混频中0cos()w n 和0sin()w n 这两个信号可看作本振信号，其决定了中心频率为0w 的待处理信号下变频到基带进行处理。

这说明了单通道软件无线电数字接收机的一个重要缺点：不能同时接收多个频点的信号，而这在电子侦察系统中是十分不利的，截获概率低。

基于多相滤波结构的信道化及FPGA实现张诚;吴沁;贺浪【摘要】随着现代电子战中电磁环境的日益复杂,军用接收机需具备同时处理多个信道信号的能力,即具备全概率截获能力.信道化接收机可将一个复杂信号分成多个信道,从而方便后续处理.文中利用一种简化的结构验证了该种信道化方案的可行性,并节省了逻辑资源.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2014(027)003【总页数】4页(P102-105)【关键词】数字下变频;多相滤波;信道化【作者】张诚;吴沁;贺浪【作者单位】西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071;西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071;西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071【正文语种】中文【中图分类】TN914在电子战中，传统上主要采用扫频式搜索接收机，但其截获概率受搜索速度的影响较为严重，且因其受到搜索速度与分辨率之间关系的制约，所以扫频式接收机对跳频信号的截获效果很不理想［1］。

信道化接收机是对某个频段的信号全概率接收的接收机，而基于多相结构的信道化接收机相对于传统意义上的信道化接收机对同一频段信号而言所需硬件资源更少，且更易于实现。

其相对传统的信道化接收机凭借其高效的多相结构，使其在多信道处理方面得到了广泛应用［2］，是接收机的发展趋势。

1 多相滤波结构的信道化原理1.1 信道的划分因实信号频谱具有对称特性，所以其频带划分较为特殊，这里只对［0，π］上的频谱进行信道划分［3］。

若划分K个信道，各信道的中心频率为ωk=kπ/K+π/2K，其中，k=0，1，…，K －1。

图1 实信号的信道排列形式由傅里叶变换可知，低通滤波器的频谱包括正负对称的两部分。

为使信道的划分如图1所示，需将滤波函数的频谱全部移到正半轴，这里对滤波器的频谱函数做如下变换此时反映到频域如图2所示，因此，采用复FIR滤波器对输入的实信号进行滤波。

图2 实信号与平移后的低通滤波器的频谱图1.2 基于多相结构滤波器的信道化原理信道化的主要过程为，先将每个信道乘以e－jωkn，对信号做频域的搬移［4］，再经过低通滤波器，滤除高频分量，并将频率均降到基带，做下变频［5］，最终进行抽取。

哈尔滨工程大学硕士学位论文
图３．１３单载频脉冲信号图３．１４信号输出时域图
可见，这种基于多相滤波器组的数字信道化算法，是一种高效的算法，对于高速采样的信号具有降速和下变频的作用，输入信号落在覆盖频带内，能够输出低速、下变频之后的信号，这种低速信号易于后端的信号处理。

输入Ｆｓ＝８３８ＭＨｚ的正弦信号，以９６０ＭＨｚ采样，在第１２通道输出采样频率为６０ＭＨｚ，信号频率为２ＭＨｚ的正弦信号。

由图３．１５和３．１６可以看到在非信号通过的主信道中，会出现两个窄脉冲，这是由滤波器的暂态效应引起的，因为它像兔子的耳朵，我们通常叫它“兔耳效应”…ｌ。

２７。

JTIDS信号的高效信道化接收及检测方法赵跃;陈顺阳;杨小牛【摘要】According to the characteristics of Joint Tactical Information Distribution System(JTIDS), a channelized receiver model based on ployphase filter is proposed, which intercepts JTIDS signals with high probability and requires low computation complexity. After reception, energy detection is used to estimate the pulse width which is utilized to decide whether a JTIDS signal is detected. Simulations show that the proposed method is quite effective when the Signal-to-Noise Ratio is positive.%根据联合战术信息分发系统（Joint Tactical Information Distribution System，JTIDS）信号的特点，提出一种基于多相滤波的JTIDS信号接收方法。

该接收模型具有全概率接收JTIDS信号的特点，而且所需计算复杂度低。

在信号接收后，通过能量检测对输出信号进行脉冲宽度检测，判断信号是否为JTIDS信号。

仿真结果表明该方法在信噪比为正时具有较好的性能。

【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】5页(P83-87)【关键词】联合战术信息分发系统(JTIDS);多相滤波器;能量检测;信道化接收机【作者】赵跃;陈顺阳;杨小牛【作者单位】杭州电子科技大学通信工程学院，杭州 310018;中国电子科技集团公司第三十六研究所，浙江嘉兴 314033;中国电子科技集团公司第三十六研究所，浙江嘉兴 314033【正文语种】中文【中图分类】TN911.72联合战术信息分发系统（Joint Tactical Information Distribution System，JTIDS）[1-2]是美国陆、海、空三军共同使用的一种大容量、保密、抗干扰、时分多址的信息分发系统，具有综合的通信、导航和识别能力，可以把陆、海、空三军参战单位的终端设备分级地联成一个统一的通信网络，以加快情报传递、统一指挥和协同作战。