楊洪賓

摘 要：數(shù)字集群系統(tǒng)產(chǎn)生于20世紀(jì)末，它是一種以數(shù)字集群通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)技術(shù)平臺，為人類提供移動通信服務(wù)的智能化系統(tǒng)。目前數(shù)字集群系統(tǒng)的核心技術(shù)都是基于軟件無線電技術(shù)所開發(fā)的，它也是我國在21世紀(jì)通信領(lǐng)域中發(fā)展最快的通信技術(shù)之一。該文簡要的探討了我國現(xiàn)行的集群通信系統(tǒng)技術(shù)，并介紹了基于軟件無線電技術(shù)的數(shù)字集群系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：軟件無線電 集群通信系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 現(xiàn)狀

中圖分類號：TN915 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（b）-0018-01

軟件無線電技術(shù)在我國出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代，它是我國移動通信業(yè)發(fā)展的重要里程碑，因?yàn)閲@這種技術(shù)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(yīng)用于較為專業(yè)的通信領(lǐng)域相關(guān)行業(yè)，是比較大眾化的一種通信技術(shù)。

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(shù)字信號處理技術(shù)來取代集成電路，從而實(shí)現(xiàn)無線通信多功能的通信技術(shù)。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(shù)字化，重構(gòu)數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字遠(yuǎn)程通信的技術(shù)。

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(zhàn)術(shù)系統(tǒng)而出現(xiàn)。1992年，美國為了索馬里戰(zhàn)爭的長線作戰(zhàn)需要，通過美國國內(nèi)的MILTRE公司，在美國的國家遠(yuǎn)程系統(tǒng)會議上提出了以軍事技術(shù)為適用基礎(chǔ)的軟件無線電概念，它主要服務(wù)于美軍三軍的多頻段多功能無線通信，并提供多個(gè)軍用電臺，是美軍作戰(zhàn)必不可少的通訊手段。軟件無線電技術(shù)的出現(xiàn)，取代了傳統(tǒng)的通信電臺，節(jié)約了通信方面的開支，同時(shí)也增強(qiáng)了通信技術(shù)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(shí)現(xiàn)多功能的智能化無線電通信設(shè)備，它能夠使通用的硬件平臺更加標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化并增加其開放性。它的出現(xiàn)讓A/D和D/A轉(zhuǎn)換器無限可能的接近了天線設(shè)備，進(jìn)一步的增強(qiáng)了通信系統(tǒng)的靈敏度和辨識度。某種意義上講，軟件無線電技術(shù)的出現(xiàn)重新定義了世界范圍內(nèi)的通信系統(tǒng)。

1.3 特點(diǎn)

軟件無線電具有多重特點(diǎn)，這些特點(diǎn)很好的契合了當(dāng)今信息社會發(fā)展的節(jié)奏和方向。

（1）靈活性。

由于軟件無線電技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)是軟件模塊，所以通信系統(tǒng)中的軟件無線電技術(shù)可以靠改變和增加軟件模塊來為通信系統(tǒng)增添新的功能。這些模塊的兼容性和功能性都極強(qiáng)，可以做到與任何國內(nèi)外電臺進(jìn)行通信，也可以作為射頻中繼出現(xiàn)。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(tǒng)的運(yùn)營開支具備了相當(dāng)高的可控制性。

（2）開放性。

軟件無線電技術(shù)使所使用的模塊和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)都具有開放性。它能夠按照通信設(shè)備硬件的改變而改變，這為新時(shí)代通信領(lǐng)域中硬件的擴(kuò)展提供了可能性。

1.4 軟件無線電的關(guān)鍵技術(shù)

其實(shí)，軟件無線電的發(fā)展方向就是個(gè)人計(jì)算機(jī)平臺，因?yàn)槟壳暗能浖o線電技術(shù)已經(jīng)具備了標(biāo)準(zhǔn)化、軟驅(qū)動、模塊化等技術(shù)指標(biāo)，這些指標(biāo)都極類似于目前的計(jì)算機(jī)。再者，它的軟件硬件平臺結(jié)構(gòu)、可實(shí)施的軟件數(shù)字信號處理功能和多頻段的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化過程都類似于目前的計(jì)算機(jī)技術(shù)，同時(shí)，它還具有很強(qiáng)的兼容性。但是就目前的軟件無線電技術(shù)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?yàn)槔硐牖碌能浖o線電系統(tǒng)應(yīng)該能做到全部無線通信頻段的覆蓋，但是由于一些通信設(shè)備中內(nèi)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(jīng)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(yōu)化電路CAD結(jié)構(gòu)。

2 集群通信系統(tǒng)

集群通信系統(tǒng)是近年來通信技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)新名詞，它也是移動通信系統(tǒng)的一個(gè)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(yīng)用于專業(yè)的通信領(lǐng)域里，集群通信系統(tǒng)的出現(xiàn)，代表了傳統(tǒng)模擬信號無線電對講系統(tǒng)已經(jīng)被數(shù)字信號所代表的集群系統(tǒng)所取代。

2.1 集群通信的基本特征

集群通信技術(shù)一般采用共用頻率和設(shè)備，它能夠?qū)⒏鱾€(gè)部門的專有頻率進(jìn)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(gè)部門所建設(shè)的控制中心和基地信號發(fā)射接收臺設(shè)備也能夠集中管理和共享使用。集群通信系統(tǒng)可以覆蓋大面積區(qū)域，并且能將各個(gè)部門的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，做到通信服務(wù)的最優(yōu)化。而除了一些正常的通信業(yè)務(wù)，集群通信系統(tǒng)也提供氣象、地理等信息的預(yù)報(bào)和實(shí)時(shí)發(fā)布。

2.2 基于軟件無線電技術(shù)的數(shù)字集群系統(tǒng)應(yīng)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(jīng)建設(shè)了超過600個(gè)信道，為公安、海關(guān)、法院、司法、軍隊(duì)和武警等各個(gè)部門所使用。在這些行業(yè)領(lǐng)域，由軟件無線電技術(shù)作為技術(shù)支撐的數(shù)字集群系統(tǒng)做到了其特有的調(diào)度功能和團(tuán)組呼叫特性，為我國的安全事業(yè)提供了可靠的保障。而隨著現(xiàn)今社會的快速發(fā)展和軟件無線電技術(shù)的不斷進(jìn)步，已經(jīng)有越來越多的行業(yè)領(lǐng)域?qū)⒕哂羞@種技術(shù)的集群通信系統(tǒng)納入到了自己的行業(yè)應(yīng)用技術(shù)內(nèi)。

2.3 實(shí)際應(yīng)用所需的前提條件

（1）智能天線技術(shù)應(yīng)用。這種技術(shù)應(yīng)用可以提高系統(tǒng)的頻譜利用率，增強(qiáng)保密性并降低基站發(fā)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(shù)操作，它能按照實(shí)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(shù)。這是核心技術(shù)，它能夠優(yōu)化整個(gè)集群通信系統(tǒng)，提高通信的速度反應(yīng)，增加系統(tǒng)安全性。

3 基于軟件無線電的集群通信系統(tǒng)應(yīng)用基站

按照集群移動通信系統(tǒng)的工作頻段、占用帶寬、信用間隔等應(yīng)用指標(biāo)，并基于軟件無線電技術(shù)，建立了一套集群通信系統(tǒng)應(yīng)用基站的接收分系統(tǒng)。它的構(gòu)造原理是將模擬信號變?yōu)樽冾l信號，把高頻段信號變?yōu)橹蓄l，并采用A/D采樣數(shù)字化進(jìn)行設(shè)計(jì)。數(shù)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(shù)。當(dāng)r=2或3時(shí)，就可以計(jì)算出不同帶寬條件下所需的不同采樣頻率fs。當(dāng)中頻帶寬B0較大時(shí)，它的采樣速率會達(dá)到45MHz左右，這種高速的A/D既能夠滿足大動態(tài)范圍的通信要求，也能夠?qū)崿F(xiàn)通過12位A/D轉(zhuǎn)換器對采樣頻率的轉(zhuǎn)化。目前我國最高的通信采樣率已經(jīng)達(dá)到65MHz，預(yù)計(jì)在近幾年內(nèi)將實(shí)現(xiàn)14位A/D的200MHz采樣率。

4 結(jié)語

我國目前軟件無線電技術(shù)的發(fā)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(shù)的數(shù)字集群系統(tǒng)對我國通信事業(yè)來說任重道遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫蓓雄.基于軟件無線電技術(shù)的數(shù)字集群系統(tǒng)研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2006.

[2] 孫蓓雄.基于軟件無線電技術(shù)的數(shù)字集群系統(tǒng)研究[J].無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，6（3）：21-22.

[3] 孔勇.數(shù)字集群通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和多天線技術(shù)的研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2012.