多速率信号处理在通信系统中的应用研究

（大唐高鸿数据网络技术股份有限公司 100083）

摘 要：随着信息技术的不断发展与完善，多速率信号处理在通信系统中的应用价值不断提升，同时也逐渐被广泛应用于通信系统中，一般来讲，通信系统中多速率信号处理技术可以有效提高数据处理效率，在减少运算量的同时，提高数据计算准确性，通常情况下，多速率信号处理技术主要被应用于软件无线电中的抽样率转换技术，并通过有效的落实和实施，将其成功应用于通信系统中，从而提高工作效率和工作准确性，本文主要是针对此种技术做简要分析和探讨，并从多角度分析多速率信号处理在通信系统中的应用过程及应用效果，在此基础上，针对仿真过程中路由器引起的信号问题提出可行性方案，进而带动多速率信号处理在通信系统中的应用研究。

关键词：多速率信号处理；通信系统；应用研究

引言：通信系统中多速率信号处理技术不仅可以有效提高数据处理效率，在减少运算量的同时，还能提高数据计算准确性，所以，针对多速率信号处理在通信系统中的应用研究受到了关注和重视，20世纪70年代，多速率信号处理开始发展，并在信号处理领域取得了一席之地，同时多速率信号处理作为信号处理领域中的一门重要技术逐渐被广泛应用于通信系统中，尤其是针对于软件无线电中的抽样率转换技术，此技术已经成为无线电的关键技术之一，在通信系统中的应用也被广泛认可，通常情況下，利用多速率信号处理技术可以实现不同

速率的信号传输，极大提高传输速度，减小后级处理的运算量，硬件资源的需求各不相同主要是因为抽取和插值方法的不同，基于此，减小后级处理的复杂性是本文研究的重点，也是研究的关键所在。

一、相关理论

（一）通信的基本理论

通信的基本理论主要就是针对一个能够支持实际工作需求的电子系统进行操作和调整，在具体工作的过程中保证信息数据处理的科学性和完善性。随着人们生活水平和质量的不断提升，通信逐渐成为人们生活中必不可少的关键元素，同时也是在人们日益在不断增长的物质生活与精神生活共同的需求，需要在科学技术的不安发展的过程当中进行相关信息和数据的技术升级，提升其工作的效率，降低实际的生产工作缓慢问题，观察工作中存在的衍生类型问题。通信原理的研究主要是为了实现最有效的数据传输，提高数据分析准确性的同时，提高数据分析效率，同时实现从将数字类型的信号调整成为能够使用语音和图形等信号传输的信息转换内容[1]。总结来说，使用现代的通信技术能够满足实际的信息理论发展需求，根据电子系统实际的技术形成情况进行分析，探讨信息论述，和实际的编码论述等工作进行理论调整，并最终形成的高级的先进技术。

（二）多速率信号处理

随着媒体、传媒以及科学技术语言等内容的不断多元化，软件的种类各不相同，因此在频率的设置和硬件的改造过程中也存在着比较大的差异。多速度信号处理应运而生，同样的在这些差异之上，其设备的抽样检查几率也有着很大的差别。在这种情况下还需要采取其他手段，最终实现软件设备模式的良好转化。在这样的基础上能够看出，很多抽样的数字和信号，在处理和使用的阶段都有着不可取代的地位，其中的重要性也是显而易见。

二、抽样率转换的分级实现

抽样率转换方法的应用主要是为了实现采样效率的降低，同时减小后级处理的运算量，采用抽样率转换也是因为A/D采样后的数据速率相对较高，因此抽样率转换方法逐渐被关注和应用，实践表明，抽样率转换方法对于提高数据处理效率具有一定积极意义。

通常情况下，导致运算效率低主要是因为输入信号的抽样率相对较高，同时在此过程中，不仅要求抽取滤波器的传输带和通带带宽相对较窄时进行，还需要滤波器的节数较大，进而导致运算效率低。针对此种现象，为了减少运算量，同时提高运算效率，首先要实现整数倍抽取时充分利用多级实现结构。过渡带宽与采样速率的比值是决定数据计算量大小和计算效率的主要因素，一般来讲，想要有效的减少滤波器的运算量以及其系数的存储量，主要是通过实现分级，这样，每一级的过滤带都会增大，或者采样率会相应降低。举例说明，如果整数倍抽取滤波器的抽取因子为D=M·2m-1，通过上述理论可将其分为m级，因此实现抽取效率的极大提高，在抽取实现过程中，一般将M定为首级抽取因子，并通过积分梳状滤波器实现，同时采用半带滤波器对后面的m-1级进行分级实现，每级实现2倍抽取，进而提高抽取效率。为了获得较好的信号转化效率，就应该利用较高的采样率实现对数据信息进行采样，这样才能有效的提高数据信息的有效转化与扩散，因此，一般的采样率为F=16kHz，利用A/D技术分析与转化之后，就可以实现最终的D=2倍的抽样。最终可以完成对模拟滤波器的设计，将问题转移为设计问题与数字过滤问题。

（一）积分梳状滤波器

积分梳状滤波器简称CIC，实现积分梳状滤波器操作过程相对简单，在此过程中，乘法运算通常不会被用到，而加减法的应用相对普遍，所以积分梳状滤波器的运算量相对较小，操作过程相对简单，通常情况下，积分梳状滤波器只用于抽取滤波器的第一级，机构相对简单，同时可以实现高抽取因子。但是，相对而言，积分梳状滤波器一般很难满足更高的需求，阻带衰减主要通过采用级联的方法来获取，设定级数为P，当P=5时，一般可以满足需求。

与此同时，积分梳状滤波器能够实现输入、输出数字信号的速率变换，在此过程中同时可以利用较少的资源以及相对简单的结构实现最终的速率转换，基于此，积分梳状滤波器通常被用作第一级处理，积分梳状滤波器机构不同，所以内插和抽取是其主要功能，对于实现大动态范围、高倍数信道抽取具有十分良好的效果。梳状滤波器和综合滤波器是CIC滤波器的主要组成部分，其关系具体如下：

CIC抽取器结构 CIC内插器结构

梳状滤波器也被称之为FIR滤波器，这种滤波器每个抽头系数非0即1，所以仅需延迟其和加法器就可构成，实现起来相对简单方便，由于其形状像梳子所以将其称之为梳状滤波器。虽然CIC滤波器的优点十分突出，但是也存在很多问题，例如衰减损耗和通带倾斜。

在此过程中，如果时域的抽取比例过大，那么D就会跟随变大，导致抽样率减小，如果频率的周期拖延时期太长，有可能会引发频率相应的混叠出现失真问题，因此，对其中关键数据的抽取必须按照相应的抽样率才能实现[6]。

（二）半带滤波器

通常情况下，半带滤波器又被称之为half-band filter，相比于积分梳状滤波器，半带滤波器更适用于二倍抽取的滤波器，可以极大地提高抽取效率，同时半带滤波器在抽取过程中，可以使二倍抽取过程中每秒乘法次数比一般滤波器减少一倍，所以针对多倍抽取时，半带滤波器占有绝对优势，通常，半带滤波器具有以下几点特征。其一，半带滤波器要求通带误差与阻带误差容限相同，其二，一般情况下，半带滤波器的频率在信号的抽样率减低一倍后，过渡带通常都会出现相应的混叠，甚至失真，但是通带不会出现此种现象。其三，冲击响应为偶对称，同时也是实数时，偶序号的冲击响应为0。

半带滤波器作为抽取滤波器的重要组成部分，主要实现信道抽取功能和降采样功能，多级串联一般是其采用的主要方式，通过灵活的过滤滤波器个数提高抽取效率，但是占用资源相对较大，一般被用于CIC滤波的后续处理。其冲激响应h（n）是实数且偶对称，即h（n）=h*（-n），抽头阶数N=ZL+l，设h（O）=l/2，则：

H（w）+ H（w+π）=1

Ws=π—Wp

H（π/2）=1/2

H（2m）=0，|2m|

三、补偿滤波器

通过上述分析可以看出，通常情况下，级联CIC滤波器后的幅频特性会随着p的增大，p为级数，阻带的衰减程度也会随着增大，与此同时，通带幅度的衰减也会随之增大，基于此，对滤波器通带进行补偿显得尤为重要，基于此，下面将针对此问题进行详细解析，并在此基础上提出两种可行性方案。

其一：Hs（z）=H（z）2[3一2H（z）]。

上述结构主要是由3个相同的CIC滤波器组成，同时还包括一个加法器、一个用于补偿的延时线构成，用于补偿两个信道，上述公式中H（z）为CIC滤波器的传递函数。采用上述方案进行补偿过程中，滤波器的通道衰减程度得到有效缓解，同时旁边现象也得到了有效抑制和改善，但是上述补偿方法也存在一定弊端，例如这种结构的滤波器价格相对昂贵，同时也具有一定的复杂性和困难性，应用价值很高，但是难以实现，所以，这种结构的补偿方式一把不被采用。

其二：这种补偿方式一般被称之为CIC滤波器级联内插二阶多项式，简称（ISOP）， P（z）为ISOP滤波器的转移函数，再其函数中插入因子，从而通过改善其幅频响应起到补偿效用。在一定范围内，补偿CIC滤波器在此范围内得到补偿。简单来讲，此种方案的设计主要是为了使通带的波纹最小，进而起到补偿效果，此种方案的设计过程中，只需要通过一次乘法和两次相关的加法运算就可以得出相应结果，结构简单，同时具有一定的实用性，此种补偿方案对与减少通带衰减更加有效，极大的降低了补偿难度，并且有效的避免了很多环节，如直接用FIR滤波器对CIC通带进行补偿，就需要完全满足通带和阻带的要求，过程复杂而且困难，由此可见ISOP滤波器具有一定的可行性。

四、应用举例

随着世界经济一体化的深入，我国市场经济体制也在不断的改革，电子设备运作下的通信技术得到了高速的发展和进步，并且已经成为能够影响我国经济发展的重要元素，特别是在使用电子设备进行信号调制等多种抽样率的信号进行科学的处理方法，可以实现将最大容量的信息论述内容与通信的相关使用原理进行结合。需要受到大家重视和关注的内容包含，在实际工作中进行本系统的科学分析，同时，还应该关注到实际的系统模式调整需求，能够将系统中存在的數字信息进行传输内容的调整，保证技术使用的先进性需求。为了保证具体工作开展的质量保证，应当重视对具体工作的调整，完善电子信息技术的应用，仅仅跟随世界科学技术发展脚步，保证数字基带的传输需求

多速率数字信号处理是近年来发展起来的一项新技术。它的理论基础和实际应用已日趋成熟，并取了的社会大众的广泛认可，与此同时，奈奎斯特通过采样定理和低通、带通采样的基本理论证实和说明多速率数字信号在通信过程中应用的必要性，同时也获得了这方面的理论基础，同时，多速率数字信号也将应用于更广泛的应用领域，下面将主要举例分析多速率数字信号在实际通讯生活中的广泛应用。

首先，多速率数字信号处理在实际生活中的应用也十分广泛，随着无线通信技术的迅速发展，多速率数字信号被广泛应用于航空和军事通讯领域，通常情况下，数字信号处理系统常被应用于储存、传输和处理各种资料和数据，各种不同类型的数字信号其发挥的作用都十分重要，可以应用于不同的场合和情况下，由于采样的速率要求不尽相同，所以对多速率数字信号处理的需求也逐渐扩大，由于多速率数字信息在通信中的应用效果十分良好，所以其应用范围也逐渐扩大。

在多速率数字信号在通信领域应用过程中，将各种资料从一种数字形式转换为另一种形式至关重要，首先，通过将数据资料转换到一种模拟形式，并在此基础上将其转换为数字形式，进而进行科学合理的数字化处理和统计，但是在此过程中，由于模拟电路会相应的受到变换器动态范围的限制，所以在转换过程中可能会出现噪音，在接口处可能会叠加。此外，还可以直接进行数字转换，采样速率转换可以利用改变字长和接口设计的办法达到所希望的高精度、高效率。而且，两种系统的直接转换不会产生附加的噪声。

结语：综上所述，多速率信号处理在通信系统中的应用价值不断提升，同时也逐渐被广泛应用于通信系统中，通常情况下，多速率信号处理技术主要被应用于软件无线电中的抽样率转换技术，并通过有效的落实和实施，将其成功应用于通信系统中，从而提高工作效率和工作准确性，一般来讲，通信系统中多速率信号处理技术可以有效提高数据处理效率，在减少运算量的同时，提高数据计算准确性，基于此，多速率信号处理作为信号处理领域中的一门重要技术逐渐被广泛应用于通信系统中，尤其是针对于软件无线电中的抽样率转换技术，在通信系统中的应用也被广泛认可，通常情况下，利用多速率信号处理技术可以实现不同速率的信号传输，极大提高传输速度，减小后级处理的运算量，同时多速率信号处理在通信系统中的应用具有极其重要的现实意义。

参考文献

[1]曲春梅.基于FPGA的多通道多速率信号传输研究与设计[D].成都理工大学，2015.

[2]赵民建.多波段、多速率、多模式软件无线电接收技术研究[D].浙江大学，2013.

[3]王辉麟.软件无线电在铁路无线通信中的应用研究[D].铁道部科学研究院，2015.

[4]刘再东.GSM系统中数字上下变频技术的应用研究及其FPGA实现[D].成都理工大学，2012.

[5]赵伟.基于FPGA实现非均匀划分信道化接收机的研究[D].大连海事大学，2007.

[6]张莉莉.多速率多模式中频数字化接收机关键技术研究[D].电子科技大学，2012.

作者简介：祁振华，男，1982年10月，河北高碑店，大唐高鸿数据网络技术股份有限公司，100083，研究生，工程师。