温小东

摘 要 本文首先分析了无线通信发展对无线电监测带来的技术挑战，介绍了传统无线电监测系统模型组成及能力要求。在充分分析数字通信系统和部分通信系统信号波形的基础上，设计了一种可扩展的信号解码系统。本文给出了解码系统的功能组成和结构，并且完成了系统组成模块的详细设计，文章最后简要介绍了解码系统的应用方式和实现情况。

关键词 无线电监测；波形分析；信号解码

中图分类号 TP39 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）164-0077-02

无线电通信技术快速发展，通信手段和方式日益丰富，获取通信设备越来越容易，既给人民生产生活带来了便利，也为各种违法犯罪分子提供了作案工具。为了维护电磁频谱的正常秩序，及时查处打击以伪基站、黑广播、考试作弊等为主的各种违法行为[1]，以及监测并解决由于频率泄露、互调等造成的各种无意干扰，要求频谱监测系统必须具备在异常复杂拥挤的电磁环境中识别用频属性，区分用频性质的能力。

传统无线电频谱监测系统主要获取信号在频域、时域、空域、能量域的特征，很难区分无线发射个体以及用频目的。因此增加监测系统对信号的处理深度、具备信息解码功能，增加信息域特征的监测能力，能更好的服务于频谱管理工作。

1 无线电监测系统模型

ITU频谱监测手册推荐的典型数字接收监测系统模型如图1所示[2]。模型中包括输入滤波器、RF放大器、RF调谐器、模拟/数字转换器（A/D）、数字信号处理器、模拟信号解调器、数字信号解调器等部件。

输入滤波器将所需的RF信号经过滤波后送到RF放大器中进行放大；混频器和本地振荡器将宽带RF频谱中所关心的部分搬移到中频（IF）频带；由模拟/数字转换器（A/D）和其他电路完成对中频（IF）信号进行采样数字化；数字信号处理器对得到的数字信号进行数字滤波、分析、测量、分类识别，获取信号频率、频偏、调制样式、符号速率、音长等外部特征；数字信号处理器把经窄带滤波抽取后的窄带数字信号分别输出至模拟解调器进行模拟解调获得音频输出；输出至数字解调器进行数字解调获得解调码流；系统同时可以输出模拟中频（IF）信号和数字中频信号供系统扩展使用。

ITU-频谱监测手册推荐的监测系统模型没有包括信号解码部件，也没有对解码功能进行详细要求。

2 解码功能需求分析

为了实现信号解码，需要对通信过程进行深入分析。根据数字通信系统模型[3]，信源发送一般要经过压缩编码、保密编码、信道编码、调制等过程，接收则要有与之相反的解调、解码过程。在复杂的系统中可能还需要加上多路复用、多址访问等过程和与之相反的解多址、多路分接过程。

从数字通信系统模型可知，要实现信号解码，必须获取信源发送方所使用的调制方式、信道编码、信源编码等。目前通信系统种类繁多，波形各不相同，无法使用一种方法完成对所有信号的解码。需要逐一对每种通信系统在信源发送过程中所用的方法进行分析、提取特征，根据波形对信号进行分类，然后针对每种波形设计不同的解码器。

据不完全统计，在短波（HF）频段主要有ARQ6-70、ARQ-E、ASCII、AUTOSPEC、COQUELET-8、COQUELET-13等超过100种波形，在超短波（VHF/UHF）频段主要包括ATIS、AIS、BIIS-1200等几十种民用波形。表1是几种信号波形的主要特征，从表中可见，不同系统的信号波形，可以通过外部特征加以区分。

3 解码系统设计

3.1 结构及组成

解码系统由解码调度器、预选器、数据缓存和解码器库组成，如图2所示。为了和监测系统模型对接，在解码系统，可以获取外部数字信号处理以及解调模块的数据。

解码调度器是解码系统的调度控制中心。解码调度器提供对外接口供数字信号处理和数字解调器以及人机交互使用，输入解码器参数、分类识别结果、解调码流等外部信息，为选择调用解码器提供依据、运行参数、输入数据；同时输出解码器的状态信息以及解码结果。解码调度器提供对内接口供预选器获取指令和参数完成解码器的选择，并控制解码器运行，管理数据缓存器中的数据。

预选器根据指令或者分类识别结果中的调制参数、频率、波特率、频移间隔等参数，通过对解码器库进行匹配查找，完成解码器预选，将一种或可能的几种解码器形成一个选择列表输出到解码器调度器。

解码器库用来管理和组织所有的解码器。每个解码器被设计为独立解码软件，在软件形态上为软件动态库。在系统启动时解码器被逐一调用启动，通过约定好的接口向系统进行注册登记，同时需要注册解码器所适用的系统特征，如频率、波特率、音长、频移间隔等信息，预选器工作时可以通过上述信息查询到该解码器。每个解码器都需要提供统一的调用接口以输出状态信息、解码结果（文本、图像、声音）。

数据缓存接收并存储数字解调器输出的解调码流。

3.2 数据缓存

数据缓存中的解调码流可以被一个或多个解码器读取进行解码，同时要保证数字解调器输出码流能够持续稳定输入并被保存，根据这种使用要求，数据缓存采用循环队列数据结构形式[4]，能够保证数据在两端都可以操作。每个数据块除了包含数据信息外还要包括运行的解码器数量，只有数据被所有解码模块处理完成后才可以被覆盖。

3.3 预选器

预选器利用选择矩阵完成对解码器的选择，输出一个解码器列表。预选器的输入信息包括调制类型、中心频率、音长、信道间隔、信道数量、符号速率、频移间隔、块长度等。预选器也可以根据用户的输入，直接选择一个解码器进行输出。

选择矩阵按照首先按照频段（HF、VHF、UHF等）、调制样式（FSK、MFSK、PSK等）进行分类，然后对每类再按照信号持续特征（连续波、脉冲）进行细分，最后依据具体参数对每种波形进行选择定位。下面仅就部分系统给出分类参考实例：

1）根据频率、调制样式、信号持续特征、频移间隔和波特率就可以区分的波形包括：ASCII、ARQ-E、ARQ-E3、ARQ-N、ARQ-M、AUTOSPEC、BAUDOT、FEC-A、FEC-S/SI-FEC、HNG-FEC、POL-ARQ、RUM-FEC、Sitor-B、Spread-11、Spread-21、Spread-51、BULGASCII等。

2）依据频率、调制样式、信号持续特征、频移间隔、波特率、块周期及块长度可以区分的波形包括：ARQ-S/ SI-ARQ、G-TOR、Sitor-A、Pactor？I、Packed？Radio、SWED-ARQ、ARQ6-70、ARQ6-90、ARQ6-98、TWINPLEX等。

3）依据频率、调制样式、信号持续特征、频移间隔、波特率、音长、信道编号、信道间隔可以区分的系统包括：Coquelet-8、Coquelet-13、Coquelet-80、Piccolo？MK6、Piccolo？MK12等。

3.4 解码器库

解码器库在组织形式上分为3层，分别是解码器、解码器组和解码器库，在软件形态上是一系列动态库。解码器是最基本单位，是针对某一特定波形开发的解码软件模块。开发人员可以将相近的波形解码器打包形成一个解码器组，解码器组被封装到一个动态库中，每个解码器都需具有唯一的标识ID。解码器组维护一个解码器字典，用来记录组内解码器的引用特征和调用方法，在系统启动时通过统一的接口向系统注册并提供调用接口。解码器库确保在系统启动时，每个解码器组（动态库）均被调用，解码器库提供注册接口，新的解码器组可以便利地通过该接口注册到解码器库中，从而达到持续更新之目的。

4 结论

本文结合当前无线电监测发展趋势，通过对通信系统信号波形的详尽分析，设计了可以扩展的一种信号解码系统。该系统既可以在DSP或嵌入式计算机上实现，与无线电监测系统结合在一起，实现对信号的实时解码功能，也可在通用计算机上实现，在增加软件数字信号处理模块和解调模块后组成完整的离线信号分析处理、解调解码系统。本文所设计的解码系统已经在大型无线电监测系统中实现，开发平台为PPC和VxWorks，编程语言为C++。

参考文献

[1]李兆宏，郑嘉泽.网格化动态监管频谱资源有力打击“黑广播”[J].中国无线电，2015（10）.

[2]ITU.频谱监测手册[S]，2011：134-136.

[3]樊昌信.通信原理教程[M].北京：电子工业出版社，2004：4-5.

[4]陈媛，何波，等.算法与数据结构[M].北京：清华大学出版社，2005：71-79.