基于軟件無線電技術的數字集群系統研究

楊洪賓

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

關鍵詞：軟件無線電 集群通信系統 網絡技術 現狀

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于20世紀90年代，它是我國移動通信業發展的重要里程碑，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，也應用于較為專業的通信領域相關行業，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，它是一種利用數字信號處理技術來取代集成電路，從而實現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字化，重構數字信號進行數字遠程通信的技術。

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）的戰術系統而出現。1992年，美國為了索馬里戰爭的長線作戰需要，通過美國國內的MILTRE公司，在美國的國家遠程系統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，是美軍作戰必不可少的通訊手段。軟件無線電技術的出現，取代了傳統的通信電臺，節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的靈敏度和辨識度。某種意義上講，軟件無線電技術的出現重新定義了世界范圍內的通信系統。

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展的節奏和方向。

（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外電臺進行通信，也可以作為射頻中繼出現。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、可實施的軟件數字信號處理功能和多頻段的數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化電路CAD結構。

2 集群通信系統

集群通信系統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的通信領域里，集群通信系統的出現，代表了傳統模擬信號無線電對講系統已經被數字信號所代表的集群系統所取代。

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射接收臺設備也能夠集中管理和共享使用。集群通信系統可以覆蓋大面積區域，并且能將各個部門的網絡互聯，做到通信服務的最優化。而除了一些正常的通信業務，集群通信系統也提供氣象、地理等信息的預報和實時發布。

2.2 基于軟件無線電技術的數字集群系統應用

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。在這些行業領域，由軟件無線電技術作為技術支撐的數字集群系統做到了其特有的調度功能和團組呼叫特性，為我國的安全事業提供了可靠的保障。而隨著現今社會的快速發展和軟件無線電技術的不斷進步，已經有越來越多的行業領域將具有這種技術的集群通信系統納入到了自己的行業應用技術內。

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的頻譜利用率，增強保密性并降低基站發射元件的使用成本。

（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，它能夠優化整個集群通信系統，提高通信的速度反應，增加系統安全性。

3 基于軟件無線電的集群通信系統應用基站

按照集群移動通信系統的工作頻段、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應用基站的接收分系統。它的構造原理是將模擬信號變為變頻信號，把高頻段信號變為中頻，并采用A/D采樣數字化進行設計。數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。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既能夠滿足大動態范圍的通信要求，也能夠實現通過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達到65MHz，預計在近幾年內將實現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字集群系統對我國通信事業來說任重道遠。

參考文獻

[1] 孫蓓雄.基于軟件無線電技術的數字集群系統研究[D].南京：南京理工大學，2006.

[2] 孫蓓雄.基于軟件無線電技術的數字集群系統研究[J].無錫商業職業技術學院學報，2006，6（3）：21-22.

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