基于DSP的短波分集合成接收機

一、 引言

　　由于短波信道是時變的色散信道，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，從而導致接收點場強電平的隨機變化，這種隨機變化稱為電波的衰弱。衰弱時，信號電平的下降最高可達幾十dB, 使得短波信號無法正常接收。為了起到互相補償、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，它包括空間分集、頻率分集、時間分集、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、分集重數等因素有關，而且與接收端所用的合成方式有關。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上，按照各路信號信噪比和幅度的不同分別予以不同的比例系數加權，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。實現最佳比例同相合成的傳統(tǒng)電路(如鎖相環(huán)、數字電路等)由于轉換速度慢等缺點難以符合實時的要求。隨著數字信號處理器(DSP)運算速度的日益提高，高精度大動態(tài)范圍模數轉換器(A/D)的出現和廣泛使用，使得采用數字運算方式來完成短波信號的分集合成接收更為簡單和可靠[1][2]。

　　二、接收機的組成

　　短波分集合成接收機主要由模擬前端、A/D、分集合成、數字解調、D/A和音頻處理等六部分組成，實現框圖如圖1所示。

　　圖1 短波分集合成接收機組成框圖

　　模擬前端共有四個通道分別連接來自四元天線陣的輸入信號，在共用一個本振的情況下，獨立的對四路信號進行混頻、濾波和放大等操作。如圖2所示，從天線陣接收來的RF信號首先和可調諧的一本振(42.2~70.2MHz)進行第一次混頻，轉換為中心頻率為40.2MHz的高頻信號，帶寬為20KHz，調諧步進誤差為1KHz。然后再和固定頻率為40.175MHz的二本振進行第二次混頻，經過放大濾波后得到中心頻率為25KHz，帶寬為12KHz的IF信號。

　　圖2 模擬前端組成框圖

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

　　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上，按照各路信號信噪比和幅度的不同分別予以不同的比例系數加權，使得合成后的信噪比最大的一種空間分集合成方法，其算法實現框圖如圖3所示：