基于DSP的短波分集合成接收機(jī)

一、 引言

　　由于短波信道是時(shí)變的色散信道，電波在電離層的傳播和反射受各層電離層變化的影響很大，從而導(dǎo)致接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)電平的隨機(jī)變化，這種隨機(jī)變化稱為電波的衰弱。衰弱時(shí)，信號(hào)電平的下降最高可達(dá)幾十dB, 使得短波信號(hào)無法正常接收。為了起到互相補(bǔ)償、抗衰弱以及改善接收性能的作用，短波通信通常采用分集接收技術(shù)，它包括空間分集、頻率分集、時(shí)間分集、角度分集和極化分集等方式, 其中最為常見的是空間分集。分集接收效果的好壞，不僅與分集方式、分集重?cái)?shù)等因素有關(guān)，而且與接收端所用的合成方式有關(guān)。常見的空間分集合成方式有：最小色散合成、最大功率合成、平方律合成、同相合成和最佳比例同相合成等。其中最佳比例同相合成是指在同相合成的基礎(chǔ)上，按照各路信號(hào)信噪比和幅度的不同分別予以不同的比例系數(shù)加權(quán)，使得合成后的信噪比最大的一種最優(yōu)空間分集合成方法。實(shí)現(xiàn)最佳比例同相合成的傳統(tǒng)電路(如鎖相環(huán)、數(shù)字電路等)由于轉(zhuǎn)換速度慢等缺點(diǎn)難以符合實(shí)時(shí)的要求。隨著數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)運(yùn)算速度的日益提高，高精度大動(dòng)態(tài)范圍模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)的出現(xiàn)和廣泛使用，使得采用數(shù)字運(yùn)算方式來完成短波信號(hào)的分集合成接收更為簡(jiǎn)單和可靠[1][2]。

　　二、接收機(jī)的組成

　　短波分集合成接收機(jī)主要由模擬前端、A/D、分集合成、數(shù)字解調(diào)、D/A和音頻處理等六部分組成，實(shí)現(xiàn)框圖如圖1所示。

　　圖1 短波分集合成接收機(jī)組成框圖

　　模擬前端共有四個(gè)通道分別連接來自四元天線陣的輸入信號(hào)，在共用一個(gè)本振的情況下，獨(dú)立的對(duì)四路信號(hào)進(jìn)行混頻、濾波和放大等操作。如圖2所示，從天線陣接收來的RF信號(hào)首先和可調(diào)諧的一本振(42.2~70.2MHz)進(jìn)行第一次混頻，轉(zhuǎn)換為中心頻率為40.2MHz的高頻信號(hào)，帶寬為20KHz，調(diào)諧步進(jìn)誤差為1KHz。然后再和固定頻率為40.175MHz的二本振進(jìn)行第二次混頻，經(jīng)過放大濾波后得到中心頻率為25KHz，帶寬為12KHz的IF信號(hào)。

　　圖2 模擬前端組成框圖

　　從模擬前端輸出的四路IF信號(hào)分別通過16位的A/D以100KHz的采樣速率進(jìn)行模數(shù)變換后，得到的四路數(shù)字信號(hào)送入DSP的分集合成模塊。分集合成模塊根據(jù)合成算法將四路信號(hào)合成為一路同相數(shù)字信號(hào)后將這路信號(hào)送入DSP的數(shù)字解調(diào)模塊。解調(diào)后的信號(hào)通過D/A數(shù)模變換后送到音頻處理單元。音頻處理單元完成音頻信號(hào)的模擬濾波和增益調(diào)節(jié)等功能之后輸出音頻信號(hào)。

　　三、 分集合成算法

　　分集合成單元采用的合成算法是最佳比例同相合成算法。最佳比例同相合成是指在同相合成的基礎(chǔ)上，按照各路信號(hào)信噪比和幅度的不同分別予以不同的比例系數(shù)加權(quán)，使得合成后的信噪比最大的一種空間分集合成方法，其算法實(shí)現(xiàn)框圖如圖3所示：