軟件無線電結構及其電磁兼容

1　軟件無線電概述

軟件無線電是1992年由MIL TRE公司首次提出的，它的中心思想是.構造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，將各種功能如工作頻段，調制解調類型，數據格式、加密模式、通信協議等用軟件編程來完成，并使寬帶A/D和D/A轉換器盡可能靠近天線，以研制出具有高度靈活性、開放性的新一代無線通信系統?？梢哉f這種無線電臺是可用軟件控制和再定義的電臺。

軟件無線電具有如下的特點：

第一、具有很強的靈活性，軟件無線電可以通過增加軟件模塊來增加新的通信功能?？梢酝ㄟ^調用不同的軟件，轉換不同的通信方式，實現與其他無線電臺的通信，并可作為其他電臺的射頻中繼。

第二、具有極強的開放性。軟件無線電采用標準化、模塊化的結構，其硬件可以隨著器件技術的發(fā)展而更新或擴展。軟件無線電不僅能和新體制電臺通信還能與舊體制電臺兼容，延長了無線電臺的生命周期。

軟件無線電的基本結構

軟件無線電主要由天線射頻前端、寬帶A/D-D/A轉換器、通用和專用數字信號處理器(DSP)以及各種應用軟件組成。

軟件無線電的天線一般要覆蓋比較寬的頻段，要求每個頻段的特性均勻，以滿足各個頻段使用的需要，并采用智能化天線技術。射頻前端在發(fā)射時主要完成上變頻濾波、功率放大等任務。接收時實現濾波、放大、下變頻等功能。A/D-D/A轉換器主要是實現信號的模擬、數碼的互相轉換。數字信號處理器(DSP)主要完成基帶信號和處理，信號的調制解調各種抗干擾、抗衰落、自適用均衡算法的實現.信號源的編碼、解碼等。

2　軟件無線電EMC分析的工程模型

軟件無線電的工作頻段可覆蓋VHF、UHF等多個頻段，具備AM、FM、PM等調制方式以及PSK、FSK等多種數字調制解調方式。軟件無線電通信方式的多樣性和系統的復雜性，勢必增加軟件無線電EMC分析的難度。依靠人工計算的方法進行EMC分析已遠遠不能滿足軟件無線電系統的要求，必須依靠計算機技術結合軟件無線電的特點建立EMC軟件分析系統。

軟件無線電的核心思想是對天線感應的射頻模擬信號盡可能地直接進行數字化，將其變換為適合于數字信號處理器或計算機處理的數據流，然后通過軟件(即對數據進行數學處理)來完成無線電臺的各種功能。根據這一特點可知，軟件無線電數學模型是軟件、無線電工程設計以及專用集成電路設計的基礎和前提，也是軟件無線電理論分析的最佳途徑，那么根據干擾三要素建立軟件無線電接收機、發(fā)射機數學模型和電波傳播模型將是EMC分析系統軟件的重要工程模型。本文以單通道軟件無線電收發(fā)信機為例，討論其數學模型的建立。

所謂單通道收發(fā)信機是指電臺接收機在同一時刻只能接收選擇一個信道的信號進行接收解調分析，同理該無線電臺的發(fā)射機在同一時刻只能發(fā)射一個選擇的信道信號進行調解發(fā)射。

1).單通道軟件無線電接收機數學模型

任何一種調制形式的信號S(n)均可表示為：S(n)=a(n)cos[won+w(n)]

a(n)、w(n)分別為信號的幅度調制分量和相位調制分量，wo為信號(數字)載頻或中心頻率。如果用正交分量來表示則上式為：

S(n)=I(n)cos(won)-Q(n)sin(won)

式中，I(n)=a(n)cos Ψ (n)、Q(n)=a(n)sin Ψ (n)

分別稱為信號的同相分量和正交分量。

載頻wo不含信息，用同相、正交分量即可完全描述給定信號的特征。而對信號進行接收解調的目的實際上也就是提取這兩個正交分量。

2)、單通道軟件無線電發(fā)射機數學模型

任何一種無線電信號可表示為

s(t)=a(t)cos[2πfot+Ψ(t)]

式中a(t)、Ψ(t)分別表示信號的幅度調制信息和相位調制信息，fo為信號載頻(中心頻率)，而頻率調制信息也反映在相位調制信息中，即:

f(t)=dΨ(t)

dt

對上式進行數字化，可得：

S(nTs)=a(nTs)cos[2πfonTs+Ψ(nTs)]

式中，Ts=1/fs為采樣間隔，上式可簡化為：S(n)=a(n)cos[won+Ψ(n)]

式中，wo=2πfonTs為數字角頻率，對上式進行正交分解：

S(n)=I(n)cos(won)+Q(n)si(won)

式中，I(n)=a(n)cos Ψ (n)，Q(n)=-a(n)sin Ψ(n)。

調制的方法是根據調制方式求出I(n)、Q(n)，然后分別與兩個正交本振cos(won)、sin(won)調制相乘并求和，即可得到調制信號S(n)。

單通道軟件無線電收發(fā)信機的數學模型是最簡單的軟件無線電收發(fā)信機數學模型，實際應用中包括并行多通道軟件無線電收發(fā)信機、信道化軟件無線電收發(fā)信機等，這些數學模型都是以軟件無線電收發(fā)信機數學模型為基礎建立的。

3).電波傳播模型