導(dǎo)語(yǔ)：電子通信網(wǎng)絡(luò)弱信號(hào)捕獲系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：傳統(tǒng)電子通信網(wǎng)絡(luò)弱信號(hào)捕獲系統(tǒng)的信號(hào)處理能力較差，導(dǎo)致信號(hào)捕獲過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，為此設(shè)計(jì)新型電子通信網(wǎng)絡(luò)弱信號(hào)捕獲系統(tǒng)。首先，根據(jù)優(yōu)化后的弱信號(hào)捕捉系統(tǒng)硬件框架，對(duì)信號(hào)放大電路進(jìn)行優(yōu)化，并根據(jù)此優(yōu)化結(jié)果完成中央控制信號(hào)選型；其次，構(gòu)建電子通信網(wǎng)絡(luò)原始信號(hào)模型，并分析電子通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的周期；最后，根據(jù)分析結(jié)果設(shè)定信號(hào)捕捉方案，完成通信網(wǎng)絡(luò)弱信號(hào)捕捉。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表明，此系統(tǒng)可有效控制信號(hào)捕捉時(shí)間，提升信號(hào)捕捉速度。

關(guān)鍵詞：弱信號(hào)；平均采樣；信號(hào)捕獲；電子通信網(wǎng)絡(luò)；聯(lián)合捕捉；差分相干累積

在對(duì)大量的電子通信網(wǎng)絡(luò)弱信號(hào)捕獲方法進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，一部分信號(hào)捕捉方法對(duì)于軟件載體的要求相對(duì)較高，影響信號(hào)捕捉效果[1-3]?；诖?，本文對(duì)大量的軟件載體進(jìn)行對(duì)比分析，并選擇合適的軟件載體研發(fā)電子通信網(wǎng)絡(luò)弱信號(hào)捕獲系統(tǒng)。

1硬件設(shè)計(jì)

針對(duì)當(dāng)前電子通信網(wǎng)絡(luò)弱信號(hào)捕獲系統(tǒng)的性能問(wèn)題，對(duì)軟件部分進(jìn)行優(yōu)化，并根據(jù)軟件優(yōu)化結(jié)果重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件。電子通信網(wǎng)絡(luò)弱信號(hào)捕獲系統(tǒng)的硬件框架如圖1所示。

1.1信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)

電子通信網(wǎng)絡(luò)輸出的弱信號(hào)幅值相對(duì)較低，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的分析，需要將虛擬的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，在信號(hào)處理過(guò)程中需要首先將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為可被ADC模塊采集的電壓信號(hào)。根據(jù)相關(guān)要求，模擬電路需要實(shí)現(xiàn)信號(hào)幅度調(diào)節(jié)與濾波處理。在當(dāng)前使用的弱信號(hào)捕捉系統(tǒng)中，常見(jiàn)的模擬電路為膜片鉗技術(shù)，需要根據(jù)信號(hào)放大原理在驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)的運(yùn)放端增設(shè)放大器。同時(shí)，在此電路中安裝兩個(gè)電極，形成一個(gè)直流電場(chǎng)，將此電場(chǎng)作為信號(hào)轉(zhuǎn)換器，在保證信噪比的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換效果[4]。

1.2中央控制信號(hào)選型

EP4CE6E22C8N芯片需要使用3.5V電源供電，但此芯片中的I/O接口需要3V電壓才能實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行，為此將系統(tǒng)電源電路設(shè)定為雙電壓模式，并在其中增加穩(wěn)壓芯片，將電源電路的電壓穩(wěn)壓在3V。在此芯片的配置方面，使用JTAG模式完成。同時(shí)，將芯片的存儲(chǔ)器設(shè)定為FLASH格式，并將存儲(chǔ)芯片按照預(yù)設(shè)的配置要求，將其與主控芯片進(jìn)行連接，完成中央控制器的優(yōu)化過(guò)程。

2軟件設(shè)計(jì)

2.1構(gòu)建電子通信網(wǎng)絡(luò)原始信號(hào)模型

當(dāng)前的信號(hào)捕捉方法僅能對(duì)常規(guī)信號(hào)展開(kāi)處理，當(dāng)信號(hào)的信噪比較低時(shí)，該方法的使用效果較差。本文將構(gòu)建常規(guī)信號(hào)模型，為后續(xù)捕捉弱信號(hào)奠定基礎(chǔ)。為了便于計(jì)算以及處理系統(tǒng)信息，將通信網(wǎng)絡(luò)常規(guī)信號(hào)模型設(shè)定為：（1）式中，2eUE表示信號(hào)發(fā)射器的信號(hào)幅度，Ue表示信號(hào)發(fā)射器的平均功率，E(t)表示信號(hào)的C/A碼，D(t)表示網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，F(xiàn)IF表示中頻信號(hào)，χIF表示離散數(shù)字信號(hào)，χD表示信號(hào)頻移，α表示信號(hào)延遲，ε表示信號(hào)的初始相位，ω(t)表示高斯白噪聲。已知可輸入數(shù)據(jù)為實(shí)數(shù)，其頻譜具有對(duì)稱性，在構(gòu)建信號(hào)模型的過(guò)程中，信號(hào)頻譜只有一半?yún)⑴c計(jì)算過(guò)程為此需要保證計(jì)算結(jié)果符合此原理。根據(jù)此模型可得到此信號(hào)的信噪比：（2）式中：Q表示信號(hào)高頻項(xiàng)，在信號(hào)處理的過(guò)程中會(huì)被濾除；N表示相干積分的采樣點(diǎn)數(shù)。根據(jù)式（2）可對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)進(jìn)行全面分析，并對(duì)弱信號(hào)以及常規(guī)信號(hào)進(jìn)行初篩，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)對(duì)常規(guī)信號(hào)與弱信號(hào)之間的分離處理。

2.2電子通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)周期分析

在信號(hào)捕獲過(guò)程中獲取信號(hào)輸出周期，并計(jì)算此周期中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收的通信網(wǎng)絡(luò)輸入信號(hào)與本地信號(hào)之間的相關(guān)值[5]。在不同的信號(hào)周期中完成相關(guān)值的疊加運(yùn)算，并將其作為相干積分計(jì)算過(guò)程。相關(guān)積分計(jì)算公式可表示為：（3）式中，vj(n)表示第j個(gè)周期的通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)與本地信號(hào)的相關(guān)值，n表示信號(hào)周期長(zhǎng)度。根據(jù)式（3）逆向運(yùn)算可得到信號(hào)的處理周期，根據(jù)此周期完成信號(hào)采集。在計(jì)算過(guò)程中，需要保證信號(hào)與噪聲同時(shí)進(jìn)行平方計(jì)算，以此獲取更高的信噪比。為獲取通信網(wǎng)絡(luò)中的弱信號(hào)，需要將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)與本地信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合增益處理，實(shí)現(xiàn)信號(hào)能量的累積，進(jìn)而提升信號(hào)的捕捉效果。

2.3制定信號(hào)捕獲方案

與相關(guān)結(jié)果取復(fù)共軛，再與其相關(guān)的信號(hào)相乘，得到相應(yīng)的乘積[6]。根據(jù)此原理可將信號(hào)捕獲過(guò)程設(shè)定為下述形式：（4）式中，hl1(i)表示捕捉信道，hl2(i)表示相鄰信道?？紤]到通信網(wǎng)絡(luò)中多徑效應(yīng)對(duì)信號(hào)捕獲效果的影響，獲取捕捉信道與相鄰信道的信號(hào)峰值，根據(jù)乘積降低相關(guān)峰值的取值結(jié)果，縮短信號(hào)捕獲中的延時(shí)，使信號(hào)捕獲結(jié)果更加準(zhǔn)確。使用式（4）完成信號(hào)采集后，可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)信號(hào)結(jié)果，比較此部分結(jié)果，取其最大信號(hào)作為最終結(jié)果輸出。通過(guò)此信號(hào)對(duì)比環(huán)節(jié)可消除信號(hào)不一致對(duì)捕捉結(jié)果的影響。整理上文中設(shè)定的弱信號(hào)捕獲環(huán)節(jié)，并將其整合到系統(tǒng)硬件框架中[7-8]。

3系統(tǒng)測(cè)試分析

3.1系統(tǒng)測(cè)試準(zhǔn)備

本次測(cè)試將測(cè)試環(huán)節(jié)分為4部分。對(duì)系統(tǒng)各個(gè)軟件模塊的基礎(chǔ)功能進(jìn)行測(cè)試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)軟件模塊的不足。各軟件模塊測(cè)試完成后，組成整個(gè)系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)的整體性能與運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)確保系統(tǒng)研發(fā)結(jié)果符合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。在系統(tǒng)測(cè)試的過(guò)程中，需要搭建系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)，具體測(cè)試平臺(tái)參數(shù)如下：CPU采用Intel芯片，內(nèi)存為500GB，硬盤為1TB，操作系統(tǒng)為Windows10，開(kāi)發(fā)平臺(tái)為ISE12.2。使用上述參數(shù)搭建相應(yīng)的系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)，并將其作為系統(tǒng)測(cè)試的基礎(chǔ)，完成測(cè)試環(huán)節(jié)。

3.2系統(tǒng)軟件模塊基礎(chǔ)功能測(cè)試分析

在測(cè)試前檢測(cè)系統(tǒng)的硬件框架，確保各設(shè)備連接緊密并能夠穩(wěn)定運(yùn)行，然后進(jìn)行功能性測(cè)試。在本次測(cè)試中，首先獲取系統(tǒng)各軟件基礎(chǔ)功能的使用效果，以此確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性。此系統(tǒng)的軟件模塊運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定且模塊測(cè)試結(jié)果符合相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。測(cè)試結(jié)果表明，本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果具有合理性，但不能確定此系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用價(jià)值[9-10]。為此，在后續(xù)的測(cè)試中將測(cè)試系統(tǒng)性能。

3.3電子通信弱信號(hào)捕獲系統(tǒng)性能測(cè)試分析

在此環(huán)節(jié)的測(cè)試過(guò)程中，首先在模擬器中生成10組不同數(shù)量的弱信號(hào)以及常規(guī)信號(hào)，將其融合在一起后作為測(cè)試信號(hào)組，具體內(nèi)容如表1所示。使用本文系統(tǒng)捕獲上述信號(hào)并獲取每個(gè)組別的平均捕獲時(shí)間。為了對(duì)其進(jìn)行分析，選擇傳統(tǒng)系統(tǒng)（人工智能系統(tǒng)）與本文系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，測(cè)試結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，不同系統(tǒng)在信號(hào)捕獲過(guò)程中用的時(shí)間不同。本文系統(tǒng)在捕獲信號(hào)的過(guò)程中花費(fèi)時(shí)間最短且基本控制在同一區(qū)間內(nèi)，可見(jiàn)此系統(tǒng)較為穩(wěn)定。與本文系統(tǒng)相比，傳統(tǒng)系統(tǒng)花費(fèi)的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，并且波動(dòng)較大，對(duì)于捕獲信號(hào)具有一定的影響，在以后的研究中還需對(duì)其進(jìn)行改良。綜上所述，本文系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

4結(jié)語(yǔ)

針對(duì)電子通信網(wǎng)絡(luò)弱信號(hào)較多且捕獲難度較大的問(wèn)題，筆者提出新型的電子通信網(wǎng)絡(luò)弱信號(hào)捕獲系統(tǒng)，并對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試。由于技術(shù)限制且測(cè)試規(guī)模較小，測(cè)試結(jié)果具有局限性，因此在以后的研究中將擴(kuò)大測(cè)試范圍，驗(yàn)證此系統(tǒng)的科學(xué)性。

作者：閆寧 張圓圓 楊德青 單位：鄭州商學(xué)院 信息與機(jī)電工程學(xué)院