2.5　加权叠加结构数字接收机

基于多相滤波DFT调制的宽带数字接收机对信号及滤波器进行多相分解，降低了系统的复杂度。但是，信号的抽取倍数与信道数要满足整数倍关系，这就使得接收机的设计不够灵活，因此引入了加权叠加结构（Weighted OverLap-Add，WOLA）的数字接收机。

2.5.1　加权叠加数字接收机原理

传统低通滤波器组信道化接收机结构若采用下变频、滤波、抽取设计，即图2.10所示的设计，则第k路信道的输出为

式中，D为抽取倍数，，K为信道个数，。传统结构建立在D与K要满足整数倍关系的前提下，参数设置上不够灵活。在式（2-70）中，可以看成是时间窗，是时间窗的延迟参数，时与傅里叶变换表达式相同，则式（2-70）可认为是特殊的傅里叶变换。WOLA结构最初应用于短时傅里叶算法实现，因此该结构可以用来实现信道化接收机。在式（2-70）中，时间窗随着延迟参数的变化进行平移，对其进行变量替换，将窗函数的平移改为信号的平移。令，则有

令，则即的离散傅里叶变换。式（2-71）中的m变化时，窗不变而输入信号变化。为原型滤波器系数的倒序，若原型滤波器的长度为N，每个m对应有K个信道输出值。当时，考虑的周期性，为了采用FFT运算，需要将折叠成为K点的序列，每K点为一组，将每组数据对应点累加到一起变成一组，即

由此得到

由以上过程推导得到的结构就称为WOLA结构，如图2.35所示。

WOLA结构接收机的实现过程为：定义一段输入数据寄存区，寄存区的长度与原型滤波器的长度相等，都为N。将输入数据以D个一组进行分段，每次输入D个数据到数据寄存区中，将数据与已经设计好的N个FIR滤波器系数进行一对一的加权（weighted），再对加权得到的数据每K个进行一次折叠（overlap），折叠组数为，对组数据对应相加（add），得到K个数，对K个数做FFT得到各通道数据。每次输入D个采样信号，产生一组并行输出序列，分别为K信道的一个输出信号，再次输入个新的数据，重复以上步骤得到更多输出，这样就实现了信道化接收。

WOLA结构的滤波器组是一种灵活的信道化接收机实现结构。当D=K时，WOLA结构和多相DFT结构等效。当D≠K时，多相DFT结构不再适用，而WOLA结构没有变化。所以，可以把多相DFT滤波器组看成是特殊形式的WOLA结构。

2.5.2　加权叠加结构数字接收机仿真

设计一个=2000 MHz、信道数K取32的WOLA结构信道化接收机仿真系统，原型低通滤波器设计为通带截止频率为31.25 MHz、阻带起始频率为62.5 MHz，阶数N =128，由于输出数据是经过K点FFT后得到的，同样，后16路与前16路是共轭的关系。所以，独立信道数只有前16路。

实验1：抽取倍数D =16，信号点数取16000点，子信道点数为1000点。输入4路实数信号，分别为常规雷达信号、LFM雷达信号、BPSK雷达信号、NLFM雷达信号。

信号设置如下：

● 常规雷达信号：载频为65 MHz。

● LFM雷达信号：，调制起始频率为365 MHz，调频斜率，调制带宽为20 MHz。

● BPSK雷达信号：载频为561 MHz，子码宽度为，编码规律为[1,0,0,1,1,0,1,0]。

● NLFM雷达信号：，其中，=870 MHz，，，为起始频率，调制带宽为10 MHz。

由于输出信号为复数，只给出信道化后信号的实部时域波形，如图2.36所示。

由信道化时域波形图可以看出，在子信道1、6、9、14有信号输出，且输出信号类型为常规雷达信号、LFM雷达信号、BPSK雷达信号、NLFM雷达信号。由于抽取率D =16，子信道信号采样率为==125 MHz，对信号所在子信道做复数频谱，如图2.37所示。

常规雷达信号载频为65 MHz，位于子信道1，该信道频率范围为0～125 MHz，位于0～区间，频谱如图2.37（a）所示。

LFM雷达信号调制频率为365～385 MHz，位于子信道6，该信道频率范围为312.5～437.5 MHz，其中，312.5～375 MHz位于～区间，375～437.5 MHz位于～区间，将两段频谱合成，输出～区间的频谱如图2.37（b）所示。

BPSK雷达信号载频为561 MHz，位于子信道9，该信道频率范围为500～625 MHz，位于～区间，频谱如图2.37（c）所示。

NLFM雷达信号调制频率为870～880 MHz，位于子信道14，该信道频率范围在812.5～937.5 MHz，其中，812.5～875 MHz位于～区间，875～937.5 MHz位于～区间，将两段频谱合成，输出～区间的频谱如图2.37（d）所示。

实验2：抽取倍数D =10，信号点数取16000点，子信道点数为1600点。输入信号类型及参数设置与实验1相同，信道化后信号实部时域波形图如图2.38所示。

信道化结果与实验1相同，在子信道1、6、9、14有信号输出，且输出信号类型与输入信号一致。由于抽取率D =10，所以子信道信号采样速率降为==200 MHz，各子信道处于过采样状态，也使得各信道输出有效信号的带宽所占位置不尽相同。

常规雷达信号位于子信道1，该信道频率范围为0～125 MHz，频率位于0～区间，子信道频谱如图2.39（a）所示。

LFM雷达信号位于子信道6，该信道频率范围为312.5～437.5 MHz，其中，312.5～400 MHz位于～区间，400～437.5 MHz位于～区间，该信道跨两个采样区间，信道频谱特征如图2.40所示。将频谱后半部分频率与前半部分对换，使得其输出正确的频谱，对换方式如图2.41所示，该子信道频谱如图2.39（b）所示。

BPSK雷达信号位于子信道9，该信道频率范围为500～625 MHz，其中，500～600 MHz位于～区间，600～625 MHz位于～区间，同样该信道跨两个采样区间，信道频谱特征如图2.42所示。将频谱后半部分频率与前半部分按照如图2.43所示方式对换，该子信道频谱如图2.39（c）所示。

NLFM雷达信号调制频率为870～880 MHz，位于～区间，频谱如图2.39（d）所示。