地空通信中新一代數字發射機的研究

潘星宇 穆曉敏

【摘要】本文通過論述一種基于軟件無線電的新一代數字化發射機，提出了未來民航地空通信國產設備的發展方向。

【關鍵詞】地空通信；軟件無線電；多模調制；數字發射機

一、背景與意義

隨著我國民航事業的迅猛發展，全國各地正在興建或準備興建各種大中小型機場，其中還包括許多通用機場，這就使得我國的地空通信產業也得到了飛速發展。地空通信主要使用的設備為VHF無線通信電臺，然而這種設備目前在我國民用航空市場上，仍以國外設備為主，尤其是在一些大型和特大型機場主用的設備幾乎100%采用進口設備。

中興事件給了我們很大的警示，我國的民航通信產業不能過度依賴進口設備，而應以國產設備為主，我們民航部門的最高領導也是這么指示工作的，然而國產化替代進口設備仍然是一個漫長的過程，尤其是目前國產化設備技術仍然顯得有些落后，即便是有國家政策的扶持，如果技術功能達不到用戶需求，仍然無法替代進口設備，這就使得技術的更新顯得尤為迫切。

二、新一代的數字無線發射機

目前國內市場的上的VHF無線通信設備主要以德國的R&S、英國的PAE和意大利的OTE三家為主，它們目前最新的一代設備都已經是全數字化的無線通信電臺，兼容多種調制模式，支持VOIP且性能指標優越。而國內目前的三家主要生產VHF無線通信設備的廠家包括成都天奧、北京海格和鄭州華航公司，它們的目前市面上的設備仍舊是上一代模擬通信設備，但是數字設備都在加緊研發中，有的已經進入樣機試驗階段，有的已經在做VOIP實際試用試驗，相信很快國產化的數字無線通信電臺也將會進入市場。

上一代的模擬無線通信電臺主要以話音通信為主，調制模式單一，一般只有調幅功能，接入內話系統或者PCM機，如果需要遠程傳輸，往往需要借助外部的數字設備進行AD采樣，之后才能進行遠距離的話音傳輸。而新一代的數字無線電臺則包括了話音和數據兩種通信模式，可以兼容AM/MSK/FSK/D8PSK四種調制模式，在話音的遠程傳輸方面，由于支持VOIP，設備可以直接通過以太網進行遠程話音傳輸，而不需要再借助其他設備。

不僅從功能上講，新一代的數字設備比原有的模擬設備大大豐富了，而且數字設備的性能指標要遠遠優于模擬設備，尤其是在抗噪聲和干擾方面表現得尤為突出。比如話音信號的處理方面，由于上一代模擬設備采用的是模擬電路處理話音的方式，受體積制約且使用起來十分不靈活，而新一代采用的是數字話音處理，不僅對于音頻阻帶的衰減比模擬設備提高了10dB以上，音頻帶內不平度也降低了2個dB，且一致性好，還具備抗嘯叫等原來沒有的功能。

傳統的模擬設備，其發射機主要包括功放、電源、發控和頻合四個單元所組成，一般由頻合產生一個激勵源，由發控完成話音處理和功放控制，之后話音信號和激勵源在功放的前端進行調制，再通過功放進行放大輸出，發射到空中。這些功能大部分都是通過模擬器件和集成度較低的數字集成芯片完成的，電路結構復雜且元器件數量種類繁多，以頻合為例，頻合還要分為壓控振蕩器（VCO）、鑒相器、低通濾波器等部分，諸多的分立元器件，會進一步降低設備的可靠性，并且由于硬件實現調制功能，想要兼容多種調制模式，往往需要對硬件進行改造，會進一步增加電路的復雜性和設備的體積。

而新一代的數字設備，發射機只包括電源、功放和調制模塊，而調制模塊也可以完成解調功能，于是原來模擬設備的接收模塊、發控模塊和頻合模塊都可以集成到一個調制解調模塊單元里面，集成度大大提高。單純從發射機的角度分析，新一代的數字設備，調制模塊完成話音處理、激勵生成和數字調制，送至功放一個已調激勵，功放放大輸出發射到空中，這其中的絕大多數工作，都是通過軟件來完成的。

圖1 一個模擬設備發射機和數字設備發射機的對比圖

圖1中，模擬發射機直接對模擬信號進行處理，大多功能都是通過硬件電路完成的；而數字發射機不僅可以處理模擬話音，還可以處理數字信號，對模擬話音，先進行AD采樣，轉換為數字信號，之后進行數字處理，將原來需要通過硬件電路完成的復雜功能，全部采用DSP+FPGA的可編程芯片進行軟件處理，處理完成后，再進行DA轉換，生成模擬信號，之后的過程就和模擬發射機一樣了。

通過對比可以看到，模擬發射機和數字發射機最大的區別就是發射機功率放大前的主要功能全部通過軟件完成，這樣不僅可以減少硬件體積，并且在芯片資源允許的范圍內，還可以增加許多功能和算法，以提升設備的指標，另外由于眾多的硬件電路全部集成在幾片高度集成的芯片中，設備總體的可靠性得到大大提升。

三、結語

以軟件無線電為設計思想的新一代數字發射機必將成為未來地空通信的主流，展望未來，功能更加強大，集成度更高的數字發射機必將不斷地面世。

參考文獻

[1]張津舟.深空通信Ka波段發射機數字化單元的研究[D].北京：中國科學院研究生院，2012.