基于軟件無線電技術的數(shù)字集群系統(tǒng)研究

楊洪賓

摘 要：數(shù)字集群系統(tǒng)產(chǎn)生于20世紀末，它是一種以數(shù)字集群通信網(wǎng)絡為基礎技術平臺，為人類提供移動通信服務的智能化系統(tǒng)。目前數(shù)字集群系統(tǒng)的核心技術都是基于軟件無線電技術所開發(fā)的，它也是我國在21世紀通信領域中發(fā)展最快的通信技術之一。該文簡要的探討了我國現(xiàn)行的集群通信系統(tǒng)技術，并介紹了基于軟件無線電技術的數(shù)字集群系統(tǒng)的實際應用。

關鍵詞：軟件無線電 集群通信系統(tǒng) 網(wǎng)絡技術 現(xiàn)狀

中圖分類號：TN915 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（b）-0018-01

軟件無線電技術在我國出現(xiàn)于20世紀90年代，它是我國移動通信業(yè)發(fā)展的重要里程碑，因為圍繞這種技術為核心的通信體系不但為人們的日常生活提供了便利，也應用于較為專業(yè)的通信領域相關行業(yè)，是比較大眾化的一種通信技術。

1 軟件無線電

1.1 定義

軟件無線電的核心是寬帶A/D和D/A能夠最大限度的接近射頻端，它是一種利用數(shù)字信號處理技術來取代集成電路，從而實現(xiàn)無線通信多功能的通信技術。從理論上講，它是利用寬帶濾波、低噪聲放大器等原理將射頻信號數(shù)字化，重構數(shù)字信號進行數(shù)字遠程通信的技術。

1.2 概述

軟件無線電起源于美國軍事，作為美國國防部的一種叫做易通話（speakeasy）的戰(zhàn)術系統(tǒng)而出現(xiàn)。1992年，美國為了索馬里戰(zhàn)爭的長線作戰(zhàn)需要，通過美國國內(nèi)的MILTRE公司，在美國的國家遠程系統(tǒng)會議上提出了以軍事技術為適用基礎的軟件無線電概念，它主要服務于美軍三軍的多頻段多功能無線通信，并提供多個軍用電臺，是美軍作戰(zhàn)必不可少的通訊手段。軟件無線電技術的出現(xiàn)，取代了傳統(tǒng)的通信電臺，節(jié)約了通信方面的開支，同時也增強了通信技術的互通性與保密性。它的核心思想就是：利用軟件的功能多變性和延展性來實現(xiàn)多功能的智能化無線電通信設備，它能夠使通用的硬件平臺更加標準化、模塊化并增加其開放性。它的出現(xiàn)讓A/D和D/A轉換器無限可能的接近了天線設備，進一步的增強了通信系統(tǒng)的靈敏度和辨識度。某種意義上講，軟件無線電技術的出現(xiàn)重新定義了世界范圍內(nèi)的通信系統(tǒng)。

1.3 特點

軟件無線電具有多重特點，這些特點很好的契合了當今信息社會發(fā)展的節(jié)奏和方向。

（1）靈活性。

由于軟件無線電技術的技術基礎是軟件模塊，所以通信系統(tǒng)中的軟件無線電技術可以靠改變和增加軟件模塊來為通信系統(tǒng)增添新的功能。這些模塊的兼容性和功能性都極強，可以做到與任何國內(nèi)外電臺進行通信，也可以作為射頻中繼出現(xiàn)。并且，模塊的增減完全取決于使用者的需求，這樣做的目的讓通信系統(tǒng)的運營開支具備了相當高的可控制性。

（2）開放性。

軟件無線電技術使所使用的模塊和設計結構都具有開放性。它能夠按照通信設備硬件的改變而改變，這為新時代通信領域中硬件的擴展提供了可能性。

1.4 軟件無線電的關鍵技術

其實，軟件無線電的發(fā)展方向就是個人計算機平臺，因為目前的軟件無線電技術已經(jīng)具備了標準化、軟驅動、模塊化等技術指標，這些指標都極類似于目前的計算機。再者，它的軟件硬件平臺結構、可實施的軟件數(shù)字信號處理功能和多頻段的數(shù)字信號轉化過程都類似于目前的計算機技術，同時，它還具有很強的兼容性。但是就目前的軟件無線電技術來說，還有許多提升空間，要解決的問題還很多。例如寬帶多頻段天線的前置放大器和功率放大器。因為理想化下的軟件無線電系統(tǒng)應該能做到全部無線通信頻段的覆蓋，但是由于一些通信設備中內(nèi)部電阻阻抗的不兼容性，使得不同頻段的電臺天線不能通用。在這方面，美國在近年來已經(jīng)研制出適用于不同頻段電臺的倍頻程寬帶天線，例如Aadms-Russell公司的AN-400型超寬帶葉片狀天線，它可以覆蓋從30～400MHz的全頻段，這種天線不但覆蓋面大，而且倍頻程寬帶功放功能也能很好的優(yōu)化電路CAD結構。

2 集群通信系統(tǒng)

集群通信系統(tǒng)是近年來通信技術領域中的一個新名詞，它也是移動通信系統(tǒng)的一個重要分支。在通信過程中，主叫和被叫所建立的通信鏈路方便快捷，具有很高的信道利用率，所以它主要應用于專業(yè)的通信領域里，集群通信系統(tǒng)的出現(xiàn)，代表了傳統(tǒng)模擬信號無線電對講系統(tǒng)已經(jīng)被數(shù)字信號所代表的集群系統(tǒng)所取代。

2.1 集群通信的基本特征

集群通信技術一般采用共用頻率和設備，它能夠將各個部門的專有頻率進行集中管理，并分配給各部門使用，合理有效的分配了資源。而由于共用頻率，也使得各個部門所建設的控制中心和基地信號發(fā)射接收臺設備也能夠集中管理和共享使用。集群通信系統(tǒng)可以覆蓋大面積區(qū)域，并且能將各個部門的網(wǎng)絡互聯(lián)，做到通信服務的最優(yōu)化。而除了一些正常的通信業(yè)務，集群通信系統(tǒng)也提供氣象、地理等信息的預報和實時發(fā)布。

2.2 基于軟件無線電技術的數(shù)字集群系統(tǒng)應用

按照我國集群通信的常用頻率800MHz為例，我國在頻段中已經(jīng)建設了超過600個信道，為公安、海關、法院、司法、軍隊和武警等各個部門所使用。在這些行業(yè)領域，由軟件無線電技術作為技術支撐的數(shù)字集群系統(tǒng)做到了其特有的調度功能和團組呼叫特性，為我國的安全事業(yè)提供了可靠的保障。而隨著現(xiàn)今社會的快速發(fā)展和軟件無線電技術的不斷進步，已經(jīng)有越來越多的行業(yè)領域將具有這種技術的集群通信系統(tǒng)納入到了自己的行業(yè)應用技術內(nèi)。

2.3 實際應用所需的前提條件

（1）智能天線技術應用。這種技術應用可以提高系統(tǒng)的頻譜利用率，增強保密性并降低基站發(fā)射元件的使用成本。

（2）TDD雙工方式。它是將上下行共享于同一信道的一種技術操作，它能按照實際情況將信道資源合理分配給不同部門。

（3）軟件無線電技術。這是核心技術，它能夠優(yōu)化整個集群通信系統(tǒng)，提高通信的速度反應，增加系統(tǒng)安全性。

3 基于軟件無線電的集群通信系統(tǒng)應用基站

按照集群移動通信系統(tǒng)的工作頻段、占用帶寬、信用間隔等應用指標，并基于軟件無線電技術，建立了一套集群通信系統(tǒng)應用基站的接收分系統(tǒng)。它的構造原理是將模擬信號變?yōu)樽冾l信號，把高頻段信號變?yōu)橹蓄l，并采用A/D采樣數(shù)字化進行設計。數(shù)字信號的采樣頻率必須滿足：fs≥（r+1）B0。其中B0為中頻帶寬，r為濾波器矩形系數(shù)。當r=2或3時，就可以計算出不同帶寬條件下所需的不同采樣頻率fs。當中頻帶寬B0較大時，它的采樣速率會達到45MHz左右，這種高速的A/D既能夠滿足大動態(tài)范圍的通信要求，也能夠實現(xiàn)通過12位A/D轉換器對采樣頻率的轉化。目前我國最高的通信采樣率已經(jīng)達到65MHz，預計在近幾年內(nèi)將實現(xiàn)14位A/D的200MHz采樣率。

4 結語

我國目前軟件無線電技術的發(fā)展也會受制約于移動通信基站中頻段和制式的變化，這涉及到硬件平臺的大面積更換與資金的大量消耗，所以如何快速普及基于軟件無線電技術的數(shù)字集群系統(tǒng)對我國通信事業(yè)來說任重道遠。

參考文獻

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[3] 孔勇.數(shù)字集群通信網(wǎng)絡架構和多天線技術的研究[D].北京：北京交通大學，2012.