电子通信网络弱信号捕获系统设计探讨

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摘要：传统电子通信网络弱信号捕获系统的信号处理能力较差，导致信号捕获过程耗时较长，为此设计新型电子通信网络弱信号捕获系统。首先，根据优化后的弱信号捕捉系统硬件框架，对信号放大电路进行优化，并根据此优化结果完成中央控制信号选型；其次，构建电子通信网络原始信号模型，并分析电子通信网络信号的周期；最后，根据分析结果设定信号捕捉方案，完成通信网络弱信号捕捉。系统测试结果表明，此系统可有效控制信号捕捉时间，提升信号捕捉速度。

关键词：弱信号；平均采样；信号捕获；电子通信网络；联合捕捉；差分相干累积

在对大量的电子通信网络弱信号捕获方法进行分析后发现，一部分信号捕捉方法对于软件载体的要求相对较高，影响信号捕捉效果[1-3]。基于此，本文对大量的软件载体进行对比分析，并选择合适的软件载体研发电子通信网络弱信号捕获系统。

1硬件设计

针对当前电子通信网络弱信号捕获系统的性能问题，对软件部分进行优化，并根据软件优化结果重新设计系统硬件。电子通信网络弱信号捕获系统的硬件框架如图1所示。

1.1信号放大电路设计

电子通信网络输出的弱信号幅值相对较低，为了实现对信号的分析，需要将虚拟的电流信号转化为数字信号，在信号处理过程中需要首先将电流信号转化为可被ADC模块采集的电压信号。根据相关要求，模拟电路需要实现信号幅度调节与滤波处理。在当前使用的弱信号捕捉系统中，常见的模拟电路为膜片钳技术，需要根据信号放大原理在驱动电压信号的运放端增设放大器。同时，在此电路中安装两个电极，形成一个直流电场，将此电场作为信号转换器，在保证信噪比的同时，实现信号转换效果[4]。

1.2中央控制信号选型

EP4CE6E22C8N芯片需要使用3.5V电源供电，但此芯片中的I/O接口需要3V电压才能实现正常运行，为此将系统电源电路设定为双电压模式，并在其中增加稳压芯片，将电源电路的电压稳压在3V。在此芯片的配置方面，使用JTAG模式完成。同时，将芯片的存储器设定为FLASH格式，并将存储芯片按照预设的配置要求，将其与主控芯片进行连接，完成中央控制器的优化过程。

2软件设计

2.1构建电子通信网络原始信号模型

当前的信号捕捉方法仅能对常规信号展开处理，当信号的信噪比较低时，该方法的使用效果较差。本文将构建常规信号模型，为后续捕捉弱信号奠定基础。为了便于计算以及处理系统信息，将通信网络常规信号模型设定为：（1）式中，2eUE表示信号发射器的信号幅度，Ue表示信号发射器的平均功率，E(t)表示信号的C/A码，D(t)表示网络数据，FIF表示中频信号，χIF表示离散数字信号，χD表示信号频移，α表示信号延迟，ε表示信号的初始相位，ω(t)表示高斯白噪声。已知可输入数据为实数，其频谱具有对称性，在构建信号模型的过程中，信号频谱只有一半参与计算过程为此需要保证计算结果符合此原理。根据此模型可得到此信号的信噪比：（2）式中：Q表示信号高频项，在信号处理的过程中会被滤除；N表示相干积分的采样点数。根据式（2）可对网络中的信号进行全面分析，并对弱信号以及常规信号进行初筛，进而可实现对常规信号与弱信号之间的分离处理。

2.2电子通信网络信号周期分析

在信号捕获过程中获取信号输出周期，并计算此周期中网络节点接收的通信网络输入信号与本地信号之间的相关值[5]。在不同的信号周期中完成相关值的叠加运算，并将其作为相干积分计算过程。相关积分计算公式可表示为：（3）式中，vj(n)表示第j个周期的通信网络信号与本地信号的相关值，n表示信号周期长度。根据式（3）逆向运算可得到信号的处理周期，根据此周期完成信号采集。在计算过程中，需要保证信号与噪声同时进行平方计算，以此获取更高的信噪比。为获取通信网络中的弱信号，需要将网络信号与本地信号进行联合增益处理，实现信号能量的累积，进而提升信号的捕捉效果。

2.3制定信号捕获方案

与相关结果取复共轭，再与其相关的信号相乘，得到相应的乘积[6]。根据此原理可将信号捕获过程设定为下述形式：（4）式中，hl1(i)表示捕捉信道，hl2(i)表示相邻信道。考虑到通信网络中多径效应对信号捕获效果的影响，获取捕捉信道与相邻信道的信号峰值，根据乘积降低相关峰值的取值结果，缩短信号捕获中的延时，使信号捕获结果更加准确。使用式（4）完成信号采集后，可能会出现多个信号结果，比较此部分结果，取其最大信号作为最终结果输出。通过此信号对比环节可消除信号不一致对捕捉结果的影响。整理上文中设定的弱信号捕获环节，并将其整合到系统硬件框架中[7-8]。

3系统测试分析

3.1系统测试准备

本次测试将测试环节分为4部分。对系统各个软件模块的基础功能进行测试，及时发现系统软件模块的不足。各软件模块测试完成后，组成整个系统，并对系统的整体性能与运行状态进行测试，同时确保系统研发结果符合系统的设计要求。在系统测试的过程中，需要搭建系统测试平台，具体测试平台参数如下：CPU采用Intel芯片，内存为500GB，硬盘为1TB，操作系统为Windows10，开发平台为ISE12.2。使用上述参数搭建相应的系统测试平台，并将其作为系统测试的基础，完成测试环节。

3.2系统软件模块基础功能测试分析

在测试前检测系统的硬件框架，确保各设备连接紧密并能够稳定运行，然后进行功能性测试。在本次测试中，首先获取系统各软件基础功能的使用效果，以此确定系统设计的合理性。此系统的软件模块运行相对稳定且模块测试结果符合相关的系统设计要求。测试结果表明，本次系统设计结果具有合理性，但不能确定此系统具有一定的应用价值[9-10]。为此，在后续的测试中将测试系统性能。

3.3电子通信弱信号捕获系统性能测试分析

在此环节的测试过程中，首先在模拟器中生成10组不同数量的弱信号以及常规信号，将其融合在一起后作为测试信号组，具体内容如表1所示。使用本文系统捕获上述信号并获取每个组别的平均捕获时间。为了对其进行分析，选择传统系统（人工智能系统）与本文系统进行对比，测试结果如表2所示。从表2可以看出，不同系统在信号捕获过程中用的时间不同。本文系统在捕获信号的过程中花费时间最短且基本控制在同一区间内，可见此系统较为稳定。与本文系统相比，传统系统花费的时间相对较长，并且波动较大，对于捕获信号具有一定的影响，在以后的研究中还需对其进行改良。综上所述，本文系统具有一定的应用价值。

4结语

针对电子通信网络弱信号较多且捕获难度较大的问题，笔者提出新型的电子通信网络弱信号捕获系统，并对此系统进行了系统测试。由于技术限制且测试规模较小，测试结果具有局限性，因此在以后的研究中将扩大测试范围，验证此系统的科学性。

作者：闫宁 张圆圆 杨德青 单位：郑州商学院 信息与机电工程学院