閆軍民

國家廣電總局廈門監(jiān)測臺(tái) 福建省 廈門市 361008

軟件無線電在廣播電視測向業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

閆軍民

國家廣電總局廈門監(jiān)測臺(tái) 福建省 廈門市 361008

本文從各種無線電通信設(shè)備相互難以兼容，不能實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，致使一般測向設(shè)備無法適應(yīng)在不同的環(huán)境下，對(duì)不同屬性的目標(biāo)進(jìn)行智能化跟蹤探測的需求出發(fā)。介紹了軟件無線電在廣播電視測向業(yè)務(wù)中的應(yīng)用以及目前的軟件無線電測向設(shè)備上取得的成果。

軟件無線電 測向 應(yīng)用

引 言

近年來，廣播電視事業(yè)迅速發(fā)展，給人們的生活帶了極大的方便。但是，當(dāng)前無線電臺(tái)種類繁多，體制不一，頻段不一，用途不一，各種無線電通信設(shè)備相互難以兼容，不能實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，致使一般測向設(shè)備無法適應(yīng)在不同的環(huán)境下，對(duì)不同屬性的目標(biāo)進(jìn)行智能化跟蹤探測的需求，有一定的局限性。因此，軟件無線電的推出解決了上述難題。

1 軟件無線電的定義

軟件無線電（Software Defined Radio，簡稱SDR）是側(cè)重形容一種嶄新的實(shí)現(xiàn)無線通信系統(tǒng)的概念，是數(shù)字無線電技術(shù)的高級(jí)形式和抽象化；是采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺(tái)上，利用軟件來定義實(shí)現(xiàn)無線電臺(tái)的各部分功能；集無線電臺(tái)和計(jì)算機(jī)于一體，采用標(biāo)準(zhǔn)的開放式總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)；具有可編程功能和重組能力，實(shí)現(xiàn)多信道、多模式工作；使用寬帶智能天線，具有多頻段射頻變換能力；能在不同無線信道之間和各種網(wǎng)絡(luò)之間用作無線網(wǎng)關(guān)，并可靈活地?cái)U(kuò)展網(wǎng)絡(luò)功能；適應(yīng)不同無線電環(huán)境，具有傳輸安全和信息保密性。

軟件無線電的基本思想是以一個(gè)通用、標(biāo)準(zhǔn)、模塊化的硬件平臺(tái)為依托，通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)無線電臺(tái)的各種功能，從基于硬件、面向用途的電臺(tái)設(shè)計(jì)方法中解放出來。把數(shù)字化處理（A/D和D/A變換）盡量靠近天線，主要強(qiáng)調(diào)的是體系結(jié)構(gòu)的開放性和可編程性，通過軟件的更新、升級(jí)或硬件模塊的更換，來實(shí)現(xiàn)新的功能。由于它能形成各種調(diào)制波形和通信協(xié)議，故還可以與舊體制的各種電臺(tái)通信，這大大延長了電臺(tái)的使用周期，也節(jié)約了成本開支。

2 軟件無線電的基本結(jié)構(gòu)

軟件無線電主要由天線、射頻前端、高速A/D（D/A）轉(zhuǎn)換器、通用和專用數(shù)字信號(hào)處理器、低速A/D（D/A）轉(zhuǎn)換器、各種接口和軟件組成。軟件無線電的天線一般要覆蓋比較寬的頻段，并要求每個(gè)頻段的特性均勻，以滿足各種業(yè)務(wù)的需求。例如，可為VHF/UHF視距通信、UHF衛(wèi)星通信，HF通信作為備用通信方式。為便于實(shí)現(xiàn)，可在全頻段甚至每個(gè)頻段使用幾副天線，并采用智能化天線技術(shù)，自動(dòng)識(shí)別信號(hào)，感知空中協(xié)議，并使用相應(yīng)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)全新功能。軟件無線電的結(jié)構(gòu)基本上可以分為三種：射頻低通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)、射頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)和寬帶中頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)。理想的軟件無線電的組成結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 軟件無線電結(jié)構(gòu)框圖

3 軟件無線電的原理

軟件無線電決定性的步驟是將A/D（D/A）變換器盡量向射頻端靠攏，如圖2所示。應(yīng)用寬帶天線和多頻段天線，并將整個(gè)中頻頻段作A/D變換，之后整個(gè)處理都用可編程數(shù)字器件，特別是軟件來實(shí)現(xiàn)。我們可以看出，這樣一個(gè)體系結(jié)構(gòu)具有非常大的通用性，可用來實(shí)現(xiàn)多頻段、多調(diào)制方式和多址方式，構(gòu)成多體制的通用無線通信系統(tǒng)。

圖2 軟件無線電接收裝置

4 在無線電測向中的應(yīng)用

4.1 測向系統(tǒng)的定義

無線電測向是利用無線電測量設(shè)備測定目標(biāo)無線電信號(hào)的來波方位。無線電測向設(shè)備的作用是對(duì)無線電臺(tái)（站）進(jìn)行探測、定位和跟蹤，它的基本原理是通過無線電臺(tái)（站）發(fā)射一連串電磁信號(hào)，測向設(shè)備接收電波信號(hào)并通過精密計(jì)算，來判斷無線電臺(tái)的示向度和距離等參數(shù)。

4.2 測向的方法

傳統(tǒng)的測向原理在《頻譜監(jiān)測手冊(cè)》中提到，通用的測量方法是：幅度比較法、烏蘭韋伯法、愛德考克法、多普勒法和相位干涉儀法等。但每一種的測向方法中，使用的測向設(shè)備大致都是測向天線、測向接收機(jī)和測向終端處理機(jī)。

4.3 現(xiàn)代軟件無線電測向的原理

快速傅里葉變換需要輸入被分析信號(hào)的N個(gè)取樣數(shù)據(jù)。因此，能夠?qū)⒖焖俑道锶~變換運(yùn)用于其中，實(shí)現(xiàn)寬帶多信號(hào)測向的測向方法應(yīng)當(dāng)是數(shù)字式的測向方法。所謂數(shù)字式測向方法是指測向接收機(jī)里包含有來波方位信息的中頻信息被數(shù)字化，并且根據(jù)接收到的來波的中頻信號(hào)的幅度或相位的數(shù)值，按照所采用的測向算法進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算而求出其到來的方向。寬帶多信號(hào)測向是快速傅里葉變換同數(shù)字式測向方法相結(jié)合的產(chǎn)物。在寬帶多信號(hào)測向設(shè)備中，首先對(duì)寬帶測向接收機(jī)的中頻信號(hào)實(shí)施快速傅里葉變換，其結(jié)果是得到了測向接收機(jī)帶內(nèi)各個(gè)來波的中頻信號(hào)的幅度和相位。然后對(duì)每一個(gè)來波的這個(gè)幅度或相位執(zhí)行所采用的測向算法，求出一個(gè)來波的方位。這樣不僅測向準(zhǔn)確、靈敏度高，而且建設(shè)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用都比較低。

4.4 軟件無線電在測向中的應(yīng)用

隨著無線電事業(yè)的發(fā)展，無線電測向技術(shù)得到了極大的應(yīng)用。在日常無線電干擾查處中，經(jīng)常會(huì)用到無線電測向系統(tǒng)來查找干擾源，發(fā)現(xiàn)不明信號(hào)。在無線電管理系統(tǒng)中，無線電測向設(shè)備價(jià)格昂貴，當(dāng)單一測向設(shè)備面對(duì)多種頻段、多種波形、多種制式的無線電設(shè)備時(shí)，依靠傳統(tǒng)的儀器設(shè)備已不能滿足當(dāng)前各種新型的無線電監(jiān)測和測向的要求，多任務(wù)測向系統(tǒng)與小型監(jiān)測系統(tǒng)的有機(jī)組合，可減少測向設(shè)備的數(shù)量。軟件無線電的可編程性可使測向設(shè)備一機(jī)多能，實(shí)現(xiàn)“小投入、辦大事”的目標(biāo)，使監(jiān)測與測向設(shè)備的投資比例趨于合理。軟件無線電在小型監(jiān)測站及多任務(wù)監(jiān)測、測向系統(tǒng)中的應(yīng)用，是無線電監(jiān)測網(wǎng)的發(fā)展方向。

有的公司根據(jù)性能和需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，如開發(fā)了FFT通道相關(guān)干涉儀測向設(shè)備，以傅里葉變換為基礎(chǔ)的寬帶多信號(hào)測向技術(shù)在多種測向方法的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，這是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在無線電測向技術(shù)中應(yīng)用所取得的成果。不僅實(shí)現(xiàn)同時(shí)測量多個(gè)信號(hào)的方位，并且大大降低了成本。

4.5 軟件無線電測向設(shè)備的成果

HR系列雙（三）信道系統(tǒng)、HR系列單信道單（雙）極化系統(tǒng)都是基于軟件無線電技術(shù)開發(fā)生產(chǎn)的新一代多信道監(jiān)測測向系統(tǒng)，采用的是先進(jìn)的數(shù)字式雙通道相關(guān)干涉儀測向體制和寬帶及寬/窄帶結(jié)合的監(jiān)測技術(shù)，該技術(shù)已在無線委和廣播電視業(yè)務(wù)中得到應(yīng)用。

HR-51C搬移式監(jiān)測測向系統(tǒng)是成都華日公司基于軟件無線電技術(shù)，按照軍用標(biāo)準(zhǔn)專門設(shè)計(jì)出的一種具有便攜/搬移特征的頻譜監(jiān)測站。系統(tǒng)不僅可作為一個(gè)普通的搬移站，作為對(duì)無線電監(jiān)測特定區(qū)域監(jiān)測工作的加強(qiáng)或補(bǔ)充，而且特別適合于在出現(xiàn)突發(fā)事件情況時(shí)，作為野外狀態(tài)下的機(jī)動(dòng)搬移式頻譜監(jiān)測站獨(dú)立使用。在廣播電視監(jiān)測全景系統(tǒng)涉及到頻率搜索掃描、信號(hào)的分析、場強(qiáng)的測量、頻譜分析特別是無線電測向方面，該系統(tǒng)可方便快速架設(shè)并進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，完成對(duì)信號(hào)頻率搜索掃描監(jiān)聽、信號(hào)參數(shù)測量、錄音重放、場強(qiáng)測量、頻譜分析、無線電測向（選配）、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)傳輸（選配）等任務(wù)。該系統(tǒng)使在廣播電視測向中，更加準(zhǔn)確、快捷、高效。

結(jié)束語

軟件無線電測向方法與傳統(tǒng)的測向方法相比，設(shè)備的成本大大降低且測向的性能和效率明顯提高。因此，軟件無線電在無線電監(jiān)測設(shè)備中的應(yīng)用，為無線電管理工作者提供了更強(qiáng)有力的管理工具，是無線電監(jiān)測工作的科技助推器。

審稿人：魏朝輝 內(nèi)蒙古新聞出版廣電局監(jiān)管中心正高級(jí)工程師

責(zé)任編輯：王學(xué)敏

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2096-0751（2017）06-0020-03

閆軍民 國家廣電總局廈門監(jiān)測臺(tái) 工程師