胡冰 劉林 黃輝

摘要：短波通信主要依靠電離層反射，可通頻段窄，其特性隨時間、空間、環(huán)境等變化頻繁，隨著社會發(fā)展，環(huán)境噪聲、各類電磁干擾愈發(fā)嚴重，優(yōu)質(zhì)頻率隨時間空間快速變化，電臺選頻極為困難。當前主要通過頻率管理系統(tǒng)長期預(yù)報或人工經(jīng)驗預(yù)先指配頻率，實際通信過程中往往很難選出好用頻率，最終導(dǎo)致短波通信可通率低。本文分析了軟件無線電技術(shù)在短波通信中的應(yīng)用，并提出相應(yīng)優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：軟件無線電;射頻數(shù)字化;DSP

中圖分類號：TN925? 文獻標識碼：A? 文章編號：1672-9129（2020）02-0026-01

Abstract： Short wave communication mainly relies on ionospheric reflection and has a narrow passable frequency band. Its characteristics change frequently with time， space and environment. With the development of society， environmental noise and various electromagnetic interference become more and more serious. At present， the frequency is mainly assigned in advance by the long-term forecast or manual experience of the frequency management system. In the actual communication process， it is often difficult to select the useful frequency， which ultimately leads to the low passability rate of short-wave communication. This paper analyzes the application of software radio technology in short wave communication and puts forward the corresponding optimization strategy.

Key words： software radio; Radio frequency digitization; DSP

1? 引言

隨著社會發(fā)展，環(huán)境噪聲、各類干擾愈發(fā)嚴重，短波通信越來越困難。為克服這些問題，短波通信近年采用了跳頻、自適應(yīng)等新技術(shù)，但受傳統(tǒng)短波通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)器件的限制，這些新技術(shù)難以發(fā)揮自身優(yōu)勢以提高短波通信的性能指標。而短波軟件無線電的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)短波電臺過分依賴硬件實現(xiàn)各種功能的舊體制，實現(xiàn)了多功能、多模式、可編程的短波通信系統(tǒng)，為短波通信技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。

2? 軟件無線電基本體系結(jié)構(gòu)

理想的軟件無線電是多頻段、多模式、開放式體系結(jié)構(gòu)，其無線功能通過加載軟件來實現(xiàn)，從而提供多種無線電通信業(yè)務(wù)。軟件無線電的基本平臺包括：天線、多頻段射頻（RF）轉(zhuǎn)換器、寬帶A/D（D/A）轉(zhuǎn)換器和DSP處理器等。

軟件無線電將A/D和D/A由基帶移到射頻，用可編程能力強的DSP或FPGA器件代替專用的數(shù)字電路，進行A/D后的一系列處理，使系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與功能相對獨立，這樣就可以基于一個相對通用的硬件平臺，通過軟件實現(xiàn)不同的通信功能，并可對工作頻率、系統(tǒng)頻寬、調(diào)制方式、信源編碼加以編程控制，系統(tǒng)靈活性大大增強。

3? 短波軟件無線電的結(jié)構(gòu)

短波軟件無線電目前主要有兩種實現(xiàn)結(jié)構(gòu)：中頻數(shù)字化采樣結(jié)構(gòu)，射頻全頻段數(shù)字化采樣結(jié)構(gòu)。

3.1中頻數(shù)字化采樣結(jié)構(gòu)。中頻采樣是將天饋系統(tǒng)接收的射頻信號經(jīng)過低噪聲放大器和濾波處理后，通過一次或二次模擬混頻到中頻進行A/D采樣，采樣后的數(shù)據(jù)被送入DSP，在DSP中進行數(shù)字下變頻和數(shù)字解調(diào)處理，最終形成語音或數(shù)據(jù)信號送往終端設(shè)備。這種結(jié)構(gòu)的軟件無線電與目前的中頻數(shù)字化接收機的結(jié)構(gòu)是類似的，均采用了多次混頻體制。但是軟件無線電的中頻帶寬較寬，且一次混頻后的變頻均在DSP中實現(xiàn)，所有調(diào)制解調(diào)等功能均由DSP軟件來實現(xiàn)，比普通超外差中頻數(shù)字化接收機更靈活，功能更強。這種結(jié)構(gòu)受限于ACD/DAC芯片和DSP處理速度的局限無法實現(xiàn)短波全頻頻段（2～30 MHz）數(shù)字化處理和理想的軟件無線電有一定差距。

3.2射頻全頻段數(shù)字化采樣。近年來隨著集成芯片技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多高速率的ADC/DAC芯片，使得短波射頻全頻段數(shù)字化處理成為可能。短波通信的頻率范圍是2MHz到30MHz，按照Nyquist采樣定理對短波頻段采樣速率至少需要60Msp/s，對ADC的動態(tài)范圍要求為120dB～130dB，A/D一般來說每bit提供6dB動態(tài)范圍。這樣對短波全頻段采樣需要130/6≈22bits。

目前主流的ADC和DSP的處理速度完全可以滿足短波通信系統(tǒng)的實時性要求，并可降低對射頻前端的處理要求。射頻信號經(jīng)過射頻前端進行簡單的放大和低通濾波后，通過FPGA進行數(shù)字下變頻和濾波，將采樣信號劃分為多個信道，然后對每個信道進行數(shù)字信道化處理，以此來降低接收機的復(fù)雜程度。

4? 短波軟件無線電的關(guān)鍵技術(shù)

4.1寬頻A/D轉(zhuǎn)換。在短波軟件無線電通信系統(tǒng)中，盡可能的將射頻信號的A/D轉(zhuǎn)換向天線端推移，達到盡可能多的以數(shù)字形式處理無線信號，這樣就對ADC的性能提出了更高的要求。為保證抽樣量化后的數(shù)字信號保持原模擬信號的信息，A/D轉(zhuǎn)換要滿足Nyquist抽樣準則，而在實際應(yīng)用中，為保證系統(tǒng)更好的性能指標，通常抽樣率為帶寬的2.5倍。由于短波通信的頻率變化范圍較大，對采樣頻率、位數(shù)及動態(tài)范圍也提出了較高的要求，對此可采用并行A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)。高速采樣保持電路的時間精度可達納秒級，通過串/并轉(zhuǎn)換將量化速度降低，提高采樣分辨率。

4.2開放式模塊結(jié)構(gòu)。軟件無線電的一個重要特點就是其優(yōu)良的開放性，這主要體現(xiàn)在軟件無線電所采用的開放式標準化總線結(jié)構(gòu)，只有采用先進的標準化總線，軟件無線電才能發(fā)揮其適應(yīng)性廣、升級換代方便等特點。現(xiàn)有軟件無線電研究和試驗系統(tǒng)中一般采用雙總線結(jié)構(gòu)，即：控制總線和高速數(shù)據(jù)總線?？刂瓶偩€結(jié)構(gòu)，如VME總線、PCI總線等，應(yīng)盡可能采用現(xiàn)有的工業(yè)標準，以便于利用已有的軟件和硬件平臺，加快開發(fā)速度。

4.3軟件協(xié)議和標準。軟件無線電的評價標準中，軟件的可用性是其中很重要的一條。目前正研究在軟件無線電中如何實現(xiàn)軟件的Plug&Play，提出了基于JAVA/CORBA的軟件無線電協(xié)議和標準。其中CORBA是由面向?qū)ο蠊芾砑瘓F（OMG）制訂的標準。

結(jié)語：

軟件無線電是當今計算機技術(shù)、超大規(guī)模集成電路和數(shù)字信號處理技術(shù)在無線電通信應(yīng)用的產(chǎn)物，它與短波通信的結(jié)合，克服了短波通信固有的缺點，提高了數(shù)字通信的可靠性，從而形成了現(xiàn)代短波通信的新技術(shù)和新體制。

參考文獻：

[1]楊小牛，樓才義，徐建良.軟件無線電原理與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社：北京.2001，87-90

[2]WALTER TUTTLEBEE著，楊小牛等譯. 軟件無線技術(shù)與實現(xiàn)[M].電子工業(yè)出版社：北京.2004，20-36

[3]宗孔德.多抽樣率信號處理[M].清華大學出版社：北京.1996

[4]張爾揚.短波通信技術(shù)[M].國防工業(yè)出版社：北京.2002

[5]汪學剛.現(xiàn)代信號理論[M].電子工業(yè)出版社：北京.2005

作者簡介：胡冰（1984--）;男;民族：漢;籍貫：山東威海;職務(wù)/職稱：工程師;學歷：碩士;單位：南京熊貓漢達科技有限公司;研究方向：短波通信