導(dǎo)語：電子通信網(wǎng)絡(luò)弱信號捕獲系統(tǒng)設(shè)計探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，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)弱信號捕獲系統(tǒng)的信號處理能力較差，導(dǎo)致信號捕獲過程耗時較長，為此設(shè)計新型電子通信網(wǎng)絡(luò)弱信號捕獲系統(tǒng)。首先，根據(jù)優(yōu)化后的弱信號捕捉系統(tǒng)硬件框架，對信號放大電路進行優(yōu)化，并根據(jù)此優(yōu)化結(jié)果完成中央控制信號選型；其次，構(gòu)建電子通信網(wǎng)絡(luò)原始信號模型，并分析電子通信網(wǎng)絡(luò)信號的周期；最后，根據(jù)分析結(jié)果設(shè)定信號捕捉方案，完成通信網(wǎng)絡(luò)弱信號捕捉。系統(tǒng)測試結(jié)果表明，此系統(tǒng)可有效控制信號捕捉時間，提升信號捕捉速度。

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

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

1硬件設(shè)計

針對當(dāng)前電子通信網(wǎng)絡(luò)弱信號捕獲系統(tǒng)的性能問題，對軟件部分進行優(yōu)化，并根據(jù)軟件優(yōu)化結(jié)果重新設(shè)計系統(tǒng)硬件。電子通信網(wǎng)絡(luò)弱信號捕獲系統(tǒng)的硬件框架如圖1所示。

1.1信號放大電路設(shè)計

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

1.2中央控制信號選型

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電壓才能實現(xiàn)正常運行，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，將芯片的存儲器設(shè)定為FLASH格式，并將存儲芯片按照預(yù)設(shè)的配置要求，將其與主控芯片進行連接，完成中央控制器的優(yōu)化過程。

2軟件設(shè)計

2.1構(gòu)建電子通信網(wǎng)絡(luò)原始信號模型

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

2.2電子通信網(wǎng)絡(luò)信號周期分析

在信號捕獲過程中獲取信號輸出周期，并計算此周期中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接收的通信網(wǎng)絡(luò)輸入信號與本地信號之間的相關(guān)值[5]。在不同的信號周期中完成相關(guān)值的疊加運算，并將其作為相干積分計算過程。相關(guān)積分計算公式可表示為：（3）式中，vj(n)表示第j個周期的通信網(wǎng)絡(luò)信號與本地信號的相關(guān)值，n表示信號周期長度。根據(jù)式（3）逆向運算可得到信號的處理周期，根據(jù)此周期完成信號采集。在計算過程中，需要保證信號與噪聲同時進行平方計算，以此獲取更高的信噪比。為獲取通信網(wǎng)絡(luò)中的弱信號，需要將網(wǎng)絡(luò)信號與本地信號進行聯(lián)合增益處理，實現(xiàn)信號能量的累積，進而提升信號的捕捉效果。

2.3制定信號捕獲方案

與相關(guān)結(jié)果取復(fù)共軛，再與其相關(guān)的信號相乘，得到相應(yīng)的乘積[6]。根據(jù)此原理可將信號捕獲過程設(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)對信號捕獲效果的影響，獲取捕捉信道與相鄰信道的信號峰值，根據(jù)乘積降低相關(guān)峰值的取值結(jié)果，縮短信號捕獲中的延時，使信號捕獲結(jié)果更加準(zhǔn)確。使用式（4）完成信號采集后，可能會出現(xiàn)多個信號結(jié)果，比較此部分結(jié)果，取其最大信號作為最終結(jié)果輸出。通過此信號對比環(huán)節(jié)可消除信號不一致對捕捉結(jié)果的影響。整理上文中設(shè)定的弱信號捕獲環(huán)節(jié)，并將其整合到系統(tǒng)硬件框架中[7-8]。

3系統(tǒng)測試分析

3.1系統(tǒng)測試準(zhǔn)備

本次測試將測試環(huán)節(jié)分為4部分。對系統(tǒng)各個軟件模塊的基礎(chǔ)功能進行測試，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)軟件模塊的不足。各軟件模塊測試完成后，組成整個系統(tǒng)，并對系統(tǒng)的整體性能與運行狀態(tài)進行測試，同時確保系統(tǒng)研發(fā)結(jié)果符合系統(tǒng)的設(shè)計要求。在系統(tǒng)測試的過程中，需要搭建系統(tǒng)測試平臺，具體測試平臺參數(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，開發(fā)平臺為ISE12.2。使用上述參數(shù)搭建相應(yīng)的系統(tǒng)測試平臺，并將其作為系統(tǒng)測試的基礎(chǔ)，完成測試環(huán)節(jié)。

3.2系統(tǒng)軟件模塊基礎(chǔ)功能測試分析

在測試前檢測系統(tǒng)的硬件框架，確保各設(shè)備連接緊密并能夠穩(wěn)定運行，然后進行功能性測試。在本次測試中，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)計的合理性。此系統(tǒng)的軟件模塊運行相對穩(wěn)定且模塊測試結(jié)果符合相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計要求。測試結(jié)果表明，本次系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果具有合理性，但不能確定此系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用價值[9-10]。為此，在后續(xù)的測試中將測試系統(tǒng)性能。

3.3電子通信弱信號捕獲系統(tǒng)性能測試分析

在此環(huán)節(jié)的測試過程中，首先在模擬器中生成10組不同數(shù)量的弱信號以及常規(guī)信號，將其融合在一起后作為測試信號組，具體內(nèi)容如表1所示。使用本文系統(tǒng)捕獲上述信號并獲取每個組別的平均捕獲時間。為了對其進行分析，選擇傳統(tǒng)系統(tǒng)（人工智能系統(tǒng)）與本文系統(tǒng)進行對比，測試結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，不同系統(tǒng)在信號捕獲過程中用的時間不同。本文系統(tǒng)在捕獲信號的過程中花費時間最短且基本控制在同一區(qū)間內(nèi)，可見此系統(tǒng)較為穩(wěn)定。與本文系統(tǒng)相比，傳統(tǒng)系統(tǒng)花費的時間相對較長，并且波動較大，對于捕獲信號具有一定的影響，在以后的研究中還需對其進行改良。綜上所述，本文系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用價值。

4結(jié)語

針對電子通信網(wǎng)絡(luò)弱信號較多且捕獲難度較大的問題，筆者提出新型的電子通信網(wǎng)絡(luò)弱信號捕獲系統(tǒng)，并對此系統(tǒng)進行了系統(tǒng)測試。由于技術(shù)限制且測試規(guī)模較小，測試結(jié)果具有局限性，因此在以后的研究中將擴大測試范圍，驗證此系統(tǒng)的科學(xué)性。

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