短波通信中多通道数字接收机的实现

短波通信中多通道数字接收机的实现
梅冬;黎琴;王骏扬;杨宇宸;李康
【摘要】The frequency range of shortwave communication is from 3MHz to 30MHz. This kind of communication mode has the feature of narrow bandwidth and large channel number. The traditional receiver cannot receive multiple channels at the same time. But with the development of software radio, high speed digital sampling and digital signal processing technology, we can realize the multi-channel receiver and achieve high sensitivity. This paper presents a multi-channel digital channelized receiver scheme which can realize the direct sampling of the shortwave band signals and realize the receiving of arbitrary frequency signal frequency band by use of channel technology.%短波通信的频率范围在3MHz到30MHz 之间，具有信道带宽小，信道个数多的特点。

传统的接收机，一般只能同时接收较少的信道个数。

随着软件无线电技术的发展，利用高速数字采样和信号处理技术，可实现多信道的同时接收，且可达到较高的接收灵敏度。

本文提出一种多通道数字信道化接收机方案，可实现对短波波段信号的直接采样，并利用信道化技术实现频带内任意频点信号的接收。

【期刊名称】《价值工程》
【年(卷),期】2014(000)028
【总页数】2页(P221-221,222)
【关键词】信道化;接收机;FPGA
【作者】梅冬;黎琴;王骏扬;杨宇宸;李康
【作者单位】常州国光数据通信有限公司，常州213023;常州国光数据通信有限
公司，常州213023;南京理工大学电子工程与光电技术，南京210094;南京理工
大学电子工程与光电技术，南京210094;南京理工大学电子工程与光电技术，南
京210094
【正文语种】中文
【中图分类】TN702
0 引言
短波通信是无线通信中的一种，频率范围为3MHz～30MHz，通信距离较远[1-3]。

尽管当前新型无线通信系统不断涌现，短波通信仍受到全世界的重视。

短波信号载频较低，最高不超过30MHz，信道带宽一般不超过5KHz，如果是音
频信号带宽，则可控制在3KHz以内，因此现代接收机利用快速发展的软件无线电技术[4]已可实现直接采样和实时处理。

针对短波通信频率较低、带宽较小的特点，可利用高速AD 采样技术和数字信道化技术[5-7]来实现高灵敏度的多通道短波接
收机。

1 数字信道化接收机
数字化接收机由模拟射频前端、模数转换器（ADC）和数字信号处理三部分组成。

接收机在实现过程中，带宽和灵敏度一直是一对矛盾的指标。

对于短波通信这种窄带通信信号，为获得较高的接收灵敏度通常需要采用数字信道化的方法，将宽带采样信号通过数字信道化处理变成多个窄带低速率信道信号并输出，从而大大提高信号的信噪比，提高接收灵敏度。

相比传统的接收机，采用数字采样的信道化接收机，
具有灵敏度高，设置灵活等特点。

可以根据灵敏度指标和实际信号的带宽来选择信道化个数，从而实现只通过改变软件而不修改硬件设计就可满足不同指标的接收机要求。

短波通信信道化接收机框图如图1 所示。

图1 短波通信信道化接收机结构
短波通信信道化接收机结构如图1 所示。

因为短波频段频率较低，因此可采用低
通采样，目前主流的ADC 和信号处理器的吞吐率完全可以满足系统实时性要求，并可降低对射频前端的要求。

射频前端只需对信号进行放大和低通滤波。

若射频信号的带宽相对与信道化输出的带宽较大，则可先通过DDC 进行数字下变频和滤波，再将采样信号划分为若干个信道，然后对每个信道进行数字信道化，即可降低信道化接收机的复杂度。

2 多信道短波数字信道化接收机实现
2.1 短波信道的信道划分
短波通信的频率范围是3MHz 到30MHz，由于用于语音通信的短波通信信道带
宽只有3kHz，若直接对整个频带信道化，实现起来结构过于复杂。

为了减小信道化接收机的复杂度，首先将整个频带划分为N 个通道，每个通道再利用一个信道
化接收机进行接收。

这样可通过采用多个接收机来实现全频带覆盖，且每个接收机的复杂度又降低到了可实现的范围内。

图2 是信道化分示意图。

如图2 所示，采样信号进行信道划分后变成了N 个子信道，然后利用DDC 将每
个子信道搬移到基带，最后通过改变DDC 的频率参数，即可得到N 个信道的信号。

2.2 信道化模块的设计对于每个子信道，如要实现任意3KHz 信号的随机提取，
每个子信道的带宽仍然太宽，因此考虑两级信道化处理，首先对整个子信道进行均匀信道化[8-9]，然后再在均匀信道化后的任意一个信道中进行随机信道化，以得
到所需输出的信道。

对子信道的均匀信道化实现框图如图3 所示。

均匀信道化算法采用多相滤波器加FFT 的快速算法。

其利用多相滤波架构，可将高速的大规模运算减小到低速的小规模的运算，使实时信号处理成为可能。

本算法采用128 点FFT，将整个子信道再划分为128 个均匀信道，然后通过图4 所示随机信道化算法进行随机信道提取[9]。

根据所要输出的信道中心频率，首先选择信号落在均匀信道化后的128 个子信道中具体位置。

然后将此子信道信号取出，再利用图4 所示结构进行随机信道化。

图3 均匀信道化算法框图
3 结论
随着技术的发展，接收机的数字化已经是一个趋势。

对于短波通信，目前的信号处理技术水平已可实现直接数字化采样与信道化接收。

本文提出的实现方案最终实现了高动态范围，高灵敏度，多通道的短波接收机方案，为短波通信的发展，以及信道化技术的应用提供了一个很好的实例。

参考文献：
[1]李靖.短波数字接收机的设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2008.
[2]邱昊，高俊，屈晓旭，李少龙.短波数字接收机中频响校正方案的研究与实现[J].集成电路应用，2012，38（6）：58-61.
[3]冯建春.高信噪比短波数字接收机的设计与实现[D].武汉：武汉理工大学，2010.
[4]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.
[5]黎琴，杨宇宸.基于FPGA 的数字信道化接收机[J].价值工程，2014，343（33）：220-221.
[6]谢裕进.基于多相滤波的宽带数字接收机的研究与FPGA实现[D].南京：南京航
空航天大学，2009.
[7]周欣，吴瑛.一种基于相滤波的高效信道化算法研究及改进[J].信号处理，2008，24（1）：45-48.
[8]宗孔德.多抽样率信号处理[M].北京：清华大学出版社，1996.
[9]R.E.克劳切，L.R.拉宾纳.多抽样率数字信号处理.。