软件无线电中的多速率信号处理

 引 言

软件无线电是当代无线通信发展的方向，其基本思想是：将A／D和D／A尽可能靠近RF端，在数字化的通用硬件平台上，用软件近可能多地实现软件无线电的各种功能。软件无线电具有灵活性、标准化、模块化的特点，为解决目前无线通信系统所存在的难兼容、难升级、开发周期长等难题提供了选择。

基于带通采样定理，软件无线电能够实现对整个工作频带的信号直接进行数字化，然后用数字信号处理方法完成对信号的接收和解调。为了提高软件无线电对不同体制信号的适应性，带通采样的带宽应越宽越好。但是，采样速率的提高使采样后的数据流速率增大，对后续的信号处理能力提出了苛刻的要求。因此，有必要对采样信号进行降速率处理，多速率信号处理是这种降速率处理的理论依据。 2多速率信号处理

多速率信号处理的实质是用数字信号处理方法直接改变抽样信号的速率，抽取和内插是其基本环节。

2.1整倍数抽取

整数D倍抽取是指原始抽样序列x(n)每隔(D-1)个取一个，形成一个新序列xD(n)，XD(n)=x(Dn)，正整数D为抽取因子。D倍抽取器符号如图1所示，设序列x(n)的频谱为x(ejw)，求得序列xD(n)的傅里叶变换
，表明抽取后序列xD(n)的频谱为原序列x(n)的频谱经频移和D倍展宽后的D个频谱的叠加和。根据Nyquist采样定理，若序列x(n)的采样率为fs，则模拟信号的最高频率(无模糊带宽)fH≤fs／2，否则x(n)的频谱发生混叠。当以D倍抽取率对x(n)进行抽取后得到的抽取序列xD(n)之取样率为fs／D，其无模糊带宽为fs／(2D)，所以当x(n)中含有大于fs／(2D)的份量时，xD(n)的频谱必然产生混叠，无法从xD(n)中恢复x(n)中频率小于fs／(2D)的低频信号分量。如果先用一个数字滤波器(归一化带宽B=π／D)对X(ejw)进行滤波得到V(ejw)，该信号只含有小于π／D频率分量，再对V(ejw)进行D倍抽取，就可以避免频谱混叠。一个完整的D倍抽取器结构如图2所示，抽取前后信号频谱如图3所示。经过抽取提高了信号的频域分辨率。

2.2整倍数内插

整倍数内插是指在原始抽样序列的相邻两抽样点之间插入(J-1)个零值，设原始抽样序列为x(n)，则内插后的序列为

内插器符号如图4所示。设序列x(n)的频谱为x(ejw)，求得序列xI(n)的傅里叶变换xI(ejw)=X(ejwI)，表明内插后序列xI(n)的频谱为原序列x(n)的频谱经I倍压缩得到的。因此，xI(ejw)中不仅含有x(ejw)的基带分量(w≤π／D，而且还含有其高频分量(w>π／I)。对内插后的信号进行低通滤波，就可以从内插信号频谱中恢复出原始基带谱，使内插序列中的(I-1)个零值都变为x(n)的准确值，所以经过内插提高信号时域分辨率。完整的I倍内插器结构如图5所示。

抽取运用于软件无线电接收机，降低了接收信号数据速率，便于数字信号处理。内插运用于软件无线电发射机，提高了输出信号频率，便于调制发射。通过先内插后抽取，也可以实现抽样率的分数倍变换。

3 多速率信号处理的多相滤波结构

以上分析都是针对低通信号的，对带通信号常常采用频谱搬移，先把位于中心频率f0处的带通信号搬移到基带，然后再利用低通信号的抽取方法进行抽取。反之，通过内插器后接带通滤波器可以将基带谱搬移到射频频段。

4结 语

多速率信号处理是软件无线电实现信号处理数字化的关键，多相结构不但简化了滤波器的设计，而且是软件无线电信道化接收机和发射机的基础。