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與傳統(tǒng)RF收發(fā)機(jī)技術(shù)相比,SDR擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),因?yàn)樗峁┝烁叩撵`活性,它可以有效地重新配置器件,對(duì)變化的要求作出響應(yīng)。但是,軟件無(wú)線電引入了傳統(tǒng)無(wú)線設(shè)計(jì)中沒(méi)有的一系列新問(wèn)題。其對(duì)物理層最明顯的影響之一是,強(qiáng)健的SDR設(shè)計(jì)中的硬件要求在廣泛的工作參數(shù)上實(shí)現(xiàn)全面的靈活性和高性能,以滿足軟件需求?,F(xiàn)在許多領(lǐng)域都正在使用SDR,包括3G無(wú)線基站和用戶設(shè)備、軍事無(wú)線電(如美國(guó)軍隊(duì)中的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線服務(wù))、陸地移動(dòng)無(wú)線電(如美國(guó)的Project 25和歐洲的Project MESA)及衛(wèi)星收發(fā)機(jī)。
當(dāng)然,這種靈活性和變量數(shù)量必須能夠適應(yīng)一致性設(shè)計(jì)要求,需要新的測(cè)試方法。除通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制工作頻率外,更加先進(jìn)的SDR可以動(dòng)態(tài)控制調(diào)制方案、跳頻模式、功率電平、濾波、編碼方案和數(shù)據(jù)速率。通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理(DSP)動(dòng)態(tài)生成RF波形及數(shù)字電路和RF電路相集成(通常在同一IC上),產(chǎn)生了傳統(tǒng)RF收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)中看不到的問(wèn)題。
這種提高的復(fù)雜性不僅帶來(lái)了RF設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),也改變了RF測(cè)試的特點(diǎn)。必須使用超出傳統(tǒng)RF發(fā)射機(jī)一致性測(cè)試的測(cè)量功能,檢驗(yàn)SDR發(fā)射機(jī)的性能。僅僅通過(guò)一致性測(cè)試并不能保證器件正確工作,也不能為保證產(chǎn)品質(zhì)量提供經(jīng)濟(jì)的手段。SDR發(fā)射機(jī)必需滿足大量的系統(tǒng)要求,包括在以前的要求基礎(chǔ)上增加的新要求。更重要的是,這些發(fā)射機(jī)將利用固有的智能和靈活性,動(dòng)態(tài)適應(yīng)當(dāng)前條件和要求。這些復(fù)雜的軟件控制的變動(dòng)通常會(huì)導(dǎo)致毛刺、間歇性干擾、脈沖畸變、數(shù)字到RF耦合及軟件相關(guān)的相位誤差。
為真正解決這一系列新的瞬變現(xiàn)象和新問(wèn)題,SDR系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須同時(shí)在時(shí)域和頻域中全面分析和檢定自己的系統(tǒng)。在系統(tǒng)參數(shù)隨著時(shí)間變化時(shí),使用DPX可以隨時(shí)發(fā)現(xiàn)反常的信號(hào)事件和非線性器件行為,顯示實(shí)際RF信號(hào)表示。必需執(zhí)行選頻觸發(fā),確定瞬變事件發(fā)生的時(shí)點(diǎn)。必須執(zhí)行多域時(shí)間相關(guān)分析,確定每個(gè)問(wèn)題的具體成因。此外,把整個(gè)事件無(wú)縫捕獲到存儲(chǔ)器中對(duì)后續(xù)深入分析具有重要意義,因?yàn)楹茈y重建發(fā)生觸發(fā)的條件。這些檢驗(yàn)信號(hào)性能隨時(shí)間變化的高級(jí)調(diào)試方法與傳統(tǒng)靜態(tài)一致性測(cè)試相結(jié)合,對(duì)有效執(zhí)行SDR測(cè)試至關(guān)重要。
收發(fā)機(jī)測(cè)試
以SDR收發(fā)機(jī)為例,發(fā)送組件可能包括功放器、濾波器、混頻器、DAC、頻率振蕩器和DSP電路。其它組件可能包括低噪聲放大器、混頻器、ADC、頻率振蕩器、DSP和控制電路。
圖1是收發(fā)機(jī)簡(jiǎn)化的功能方框圖,其中沒(méi)有數(shù)字中間頻率(IF)或數(shù)字RF。注意,這個(gè)圖中的每個(gè)方框可以通過(guò)軟件控制。
圖1:典型SDR收發(fā)機(jī)實(shí)現(xiàn)方案的功能方框圖和測(cè)試設(shè)置
檢驗(yàn)典型SDR收發(fā)機(jī)的性能要求采用綜合測(cè)試戰(zhàn)略,把沿著發(fā)送/接收鏈不同點(diǎn)上進(jìn)行的測(cè)量關(guān)聯(lián)起來(lái)。例如,可以通過(guò)卓越的實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀(RTSA)的頻率模板觸發(fā)(FMT)捕獲間歇性信號(hào)。RTSA可以使用頻率模板違規(guī),然后觸發(fā)邏輯分析儀和示波器,允許用戶查看相關(guān)信號(hào)的數(shù)字特點(diǎn)和模擬特點(diǎn)。通過(guò)使用這種方法,設(shè)計(jì)人員可以確定邏輯電路或模擬控制電壓中是否發(fā)生與頻域違規(guī)相關(guān)的某個(gè)事件。除通過(guò)高級(jí)觸發(fā)彌補(bǔ)數(shù)字/RF鴻溝外,頂級(jí)RTSA可以在相關(guān)的時(shí)域、頻域和調(diào)制域中分析和顯示信號(hào)。
超越固態(tài)一致性測(cè)試
SDR測(cè)試本身包括傳統(tǒng)發(fā)射機(jī)測(cè)試。無(wú)線電每種不同的可能配置都必須符合傳統(tǒng)規(guī)范,如占用帶寬、通道功率和鄰道功率。對(duì)采用時(shí)分雙工或時(shí)分復(fù)用的系統(tǒng),存在著定時(shí)要求,如上升時(shí)間和下降時(shí)間。對(duì)跳頻系統(tǒng),可能同時(shí)有與跳頻PLL系統(tǒng)有關(guān)的頻域和時(shí)域指標(biāo)。與傳統(tǒng)發(fā)射機(jī)不同,SDR器件必須在更加廣泛的工作模式下通過(guò)這些測(cè)試,這提高了一致性測(cè)試的復(fù)雜性。
調(diào)制質(zhì)量測(cè)量也是一致性測(cè)試的重要組成部分。對(duì)數(shù)字調(diào)制的信號(hào),其通常包括誤差矢量幅度(EVM)或相關(guān)功率(RHO)測(cè)量。此外,支持模擬模式的SDR設(shè)計(jì)必須通過(guò)一致性測(cè)試。調(diào)制質(zhì)量既是一致性測(cè)量指標(biāo),也是系統(tǒng)性能問(wèn)題。EVM差會(huì)降低數(shù)據(jù)速率、語(yǔ)音傳輸清晰度和發(fā)送范圍。EVM指標(biāo)還可以洞察潛在的發(fā)射機(jī)問(wèn)題?;谶@些原因,EVM是調(diào)試SDR時(shí)首先要考慮的指標(biāo)之一。
遺憾的是,單純的一致性測(cè)試并不足以保證SDR正常工作。為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)靈活性,每個(gè)SDR器件必須隨時(shí)間變化來(lái)改變重要的工作參數(shù),以跟上網(wǎng)絡(luò)需求。當(dāng)然,所有這些變化都由軟件控制的收發(fā)機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)。因此,幫助捕獲可能的RF毛刺、瞬變和其它異常事件的工具至關(guān)重要。確定哪個(gè)組件導(dǎo)致了問(wèn)題也是一個(gè)重大任務(wù),要求采用全面的調(diào)試戰(zhàn)略。為使器件和網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行,必需考慮新的測(cè)試方法,幫助檢定和分析SDR RF鏈路怎樣隨時(shí)間變化。
領(lǐng)先的RTSA為SDR調(diào)試提供了強(qiáng)大的功能。首先,必需發(fā)現(xiàn)物理層中存在的問(wèn)題。這些瞬變事件發(fā)生得可能非常快,在其隨時(shí)間變化時(shí),當(dāng)前的RTSA使得設(shè)計(jì)人員能夠在頻域中觀察到這些事件。在使用RTSA發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)行為之后,用戶可以在時(shí)間相關(guān)的多個(gè)域中觸發(fā)、捕獲和分析相關(guān)信號(hào)。這種超越純粹一致性測(cè)試的能力對(duì)檢定和調(diào)試動(dòng)態(tài)信號(hào)必不可少。
跳頻和發(fā)射機(jī)測(cè)試
許多系統(tǒng)中都使用跳頻,包括軟件定義的系統(tǒng),以避免檢測(cè)、擁堵和干擾,改善擁有多路徑和衰落的環(huán)境中的性能。跳頻在廣泛的頻率上擴(kuò)展信息。這提高了系統(tǒng)的強(qiáng)健性,因?yàn)轭l率相關(guān)誤差(如干擾或衰落)只會(huì)導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失。通過(guò)增加前向糾錯(cuò)編碼、隔行掃描及混合ARQ重傳等技術(shù),可以有效恢復(fù)在跳擁堵過(guò)程中丟失的數(shù)據(jù)。
圖2:110 MHz跨度的數(shù)字熒光顯示技術(shù),顯示了2.4 GHz ISM頻段。這里的信號(hào)與圖3中顯示的信號(hào)類似?,F(xiàn)在使用數(shù)字熒光和Max Hold軌跡顯示信號(hào),可以看到真正信號(hào)行為的實(shí)地RF表示
除常見(jiàn)的跳定時(shí)、頻率穩(wěn)定時(shí)間和幅度穩(wěn)定時(shí)間測(cè)量外,還可以使用多種其它測(cè)量,使用RTSA調(diào)試跳頻無(wú)線電。跳頻涉及頻域、時(shí)域和調(diào)制域交互。能夠以相關(guān)的方式顯示這3個(gè)域在調(diào)試SDR器件中提供了寶貴的工具。
圖2是藍(lán)牙器件跳頻的數(shù)字熒光顯示畫(huà)面。傳統(tǒng)上一直用于高級(jí)示波器的DPX數(shù)字熒光顯示技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到RF領(lǐng)域中,部分RTSA現(xiàn)在已經(jīng)采用了這種技術(shù)。DPX第一次允許用戶查看“生動(dòng)的RF”信號(hào),為查看RF信號(hào)行為提供了無(wú)可比擬的能力。
在圖3中,顯示了一個(gè)藍(lán)牙信號(hào)。RTSA的頻譜圖(右下方)顯示了頻率行為隨時(shí)間變化情況??梢钥闯?,在這些跳周圍有很高的頻譜能量。在這種情況下,在發(fā)生跳頻時(shí),發(fā)射機(jī)可能會(huì)干擾相鄰器件。捕獲跳頻使用的儀器必需有足夠?qū)挼膶?shí)時(shí)帶寬,以捕獲大部分跳序列帶寬及其周圍發(fā)生的頻率散射。
圖3:藍(lán)牙跳序列,包括(從左上方順時(shí)針?lè)较? 110 MHz跳序列的頻率對(duì)時(shí)間、包括某個(gè)時(shí)點(diǎn)上紅色頻譜圖軌跡的頻譜、功率對(duì)時(shí)間概況和頻譜圖
盡管藍(lán)牙不一定使用軟件無(wú)線電實(shí)現(xiàn),但它可以很好地說(shuō)明在試圖實(shí)現(xiàn)跳頻系統(tǒng)時(shí)面臨的挑戰(zhàn)。對(duì)大多數(shù)跳頻系統(tǒng)來(lái)說(shuō),能夠測(cè)量每個(gè)跳頻十分重要。例如,藍(lán)牙規(guī)范要求79個(gè)跳頻中的每個(gè)跳頻(1 MHz通道間隔)位于特定值的75 KHz范圍內(nèi)。這保證不同制造商的器件之間正確互操作。對(duì)這一測(cè)量,用來(lái)測(cè)量跳序列的儀器必須涵蓋整個(gè)跳頻范圍。在2.4 GHz ISM頻段中,頂級(jí)RTSA的110 MHz實(shí)時(shí)帶寬足以涵蓋整個(gè)83 MHz頻段,同時(shí)還會(huì)檢查帶外干擾。
在圖4所示的另一個(gè)實(shí)例中,使用RSA調(diào)試發(fā)生不頻繁的、難以檢測(cè)的信號(hào)。這可能是頻率切換瞬變導(dǎo)致的,頻率切換瞬變還可能會(huì)導(dǎo)致更大的相位瞬變。它可能是由于PLL電路在對(duì)某個(gè)頻率變化時(shí)控制不當(dāng)引起的。一旦使用DPX識(shí)別了毛刺或瞬變,部分RTSA的FMT可以可靠地捕獲信號(hào)進(jìn)行深入分析。如圖4中所示,用戶可以定義頻率模板,可以繪制頻率模板,最好地捕獲信號(hào)。在藍(lán)牙跳頻實(shí)例中,用戶可以定義模板,觸發(fā)某個(gè)跳頻,而不是觸發(fā)功率變化。數(shù)字熒光顯示技術(shù)演示了信號(hào)跳到約比感興趣的信號(hào)高3 MHz的頻率上。頻率模板任意定義為這個(gè)信號(hào)周圍的包絡(luò),一旦信號(hào)進(jìn)入頻率模板區(qū)域,儀器會(huì)觸發(fā)。通過(guò)使用擁有高性能帶寬的RTSA,可以分析跳序列,在每個(gè)跳頻上執(zhí)行頻率穩(wěn)定時(shí)間測(cè)量(部分RTSA在110 MHz實(shí)時(shí)帶寬時(shí)的定時(shí)分辨率為6ns),支持最低60ns的穩(wěn)定時(shí)間。
1 找出已知橢圓的對(duì)稱軸、頂點(diǎn)和焦點(diǎn)
步驟如下:
圖1
1.利用文[1]的方法找到橢圓的中心O;
2.如圖1,在橢圓上任找一點(diǎn)A(不是橢圓的
頂點(diǎn)),以O(shè)為圓心,OA為半徑作圓,該圓與橢圓
的其余三個(gè)交點(diǎn)分別為B、C、D;
3.連接AB、AD,過(guò)點(diǎn)O分別作AB、AD的
平行線,得到直線l1、l2,則直線l1、l2就是橢圓的
兩條對(duì)稱軸;
4.直線l1與橢圓交于E、F兩點(diǎn),直線l2與橢圓交于G、H兩點(diǎn),則E、F、G、H是橢圓的四個(gè)頂點(diǎn);
5.比較OE與OG的大小,若OE>OG,則EF是長(zhǎng)軸,GH是短軸;若OE<OG,則EF是短軸,GH是長(zhǎng)軸(圖1中OE<OG,所以EF是短軸,GH是長(zhǎng)軸);
6.以E為圓心,OG為半徑作圓,與直線l2交于F1、F2兩點(diǎn),則F1、F2就是橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn).
備注 若點(diǎn)A恰好是橢圓的頂點(diǎn),則該圓與橢圓只有兩個(gè)交點(diǎn)(其中一個(gè)是點(diǎn)A),此時(shí),可對(duì)點(diǎn)A進(jìn)行調(diào)整,使得點(diǎn)A不是橢圓的頂點(diǎn).
下面給出該作法的證明.
證明 如圖1,不妨設(shè)橢圓的方程為x2a2+y2b2=1(a>b>0),點(diǎn)A的坐標(biāo)為x0,y0,其中x0≠±a且x0≠0,于是圓的方程為x2+y2=x20+y20.由于橢圓和圓都關(guān)于x軸、y軸、原點(diǎn)對(duì)稱,所以點(diǎn)B、C的坐標(biāo)分別為x0,-y0、-x0,-y0,于是直線AB、AD的方程分別為x=x0、y=y0,所以直線l1、l2的方程分別為x=0、y=0,所以直線l1、l2就是橢圓的兩條對(duì)稱軸.
因?yàn)镺E=b,EF1=a,所以O(shè)F1=EF12-OE2=a2-b2=c,同理,OF2=c,于是F1、F2是橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn).
2 找出已知雙曲線的對(duì)稱軸、頂點(diǎn)和焦點(diǎn)
步驟如下:
圖2
1.利用文[2]的方法找到雙曲線的中心O;
2.如圖2,在雙曲線上任找一點(diǎn)A(不是雙曲線的
頂點(diǎn)),以O(shè)為圓心,OA為半徑作圓,該圓與雙曲線
的其余三個(gè)交點(diǎn)分別為B、C、D;
3.連接AB、AD,過(guò)點(diǎn)O分別作AB、AD的平
行線,得到直線l1、l2,則直線l1、l2就是雙曲線的兩條對(duì)稱軸;
4.直線l2與雙曲線交于E、F兩點(diǎn),則E、F是雙曲線的兩個(gè)頂點(diǎn);
5.以O(shè)為圓心,OE為半徑作圓C1;
6.過(guò)點(diǎn)D,利用文[3]的方法作雙曲線的切線l3,與C1交于點(diǎn)G;
7.過(guò)點(diǎn)G作l3的垂線,交l2于點(diǎn)F2,作點(diǎn)F2關(guān)于直線l1的對(duì)稱點(diǎn)F1,則點(diǎn)F1、F2就是雙曲線的兩個(gè)焦點(diǎn).
備注 若點(diǎn)A恰好是雙曲線的頂點(diǎn),則以O(shè)為圓心,OA為半徑的圓與雙曲線只有兩個(gè)交點(diǎn)(其中一個(gè)是點(diǎn)A),此時(shí),可對(duì)點(diǎn)A進(jìn)行調(diào)整,使得點(diǎn)A不是雙曲線的頂點(diǎn).
關(guān)于雙曲線的頂點(diǎn)、對(duì)稱軸的證明方法與橢圓的證明類似,此處不再贅述.下面證明F1、F2是雙曲線的兩個(gè)焦點(diǎn).
證明 如圖2,不妨設(shè)雙曲線的方程為x2a2-y2b2=1(a>0,b>0),點(diǎn)D的坐標(biāo)為x0,y0,其中x0≠±a,點(diǎn)G的坐標(biāo)為m,n.
因?yàn)辄c(diǎn)D在雙曲線上,所以x20a2-y20b2=1,即
x20=a2+a2y20b2………①.
點(diǎn)G在圓C1上,所以m2+n2=a2………②.
切線l3的方程為x0xa2-y0yb2=1,而點(diǎn)G在l3上,所以mx0a2-ny0b2=1,即b2mx0-a2ny0=a2b2,兩邊平方,化簡(jiǎn)可得
2mnx0y0a2b2=b4m2x20+a4n2y20-a4b4………③.
因?yàn)镚F2l3,所以直線GF2的斜率為-a2y0b2x0,所以直線GF2的方程為y-n=-a2y0b2x0x-m,令y=0,可得點(diǎn)F2的橫坐標(biāo)為xF2=b2nx0+a2my0a2y0,平方可得x2F2=b4n2x20+a4m2y20+2mnx0y0a2b2a4y20,將③式代入該式子,可得
x2F2=b4n2x20+a4m2y20+b4m2x20+a4n2y20-a4b4a4y20=b4m2+n2x20+a4m2+n2y20-a4b4a4y20.
將②式代入,可得
x2F2=a2b4x20+a6y20-a4b4a4y20.
將①式代入,可得
x2F2=a2b4a2+a2y20b2+a6y20-a4b4a4y20
=a4b4+a4b2y20+a6y20-a4b4a4y20
=a4b2y20+a6y20a4y20
=
a2+b2=c2,所以xF2=c,于是點(diǎn)F2是雙曲線的右焦點(diǎn),從而點(diǎn)F1是雙曲線的左焦點(diǎn).
3 找出已知拋物線的焦點(diǎn)
步驟如下:
1.利用文[2]的方法找到拋物線的頂點(diǎn)O和對(duì)稱軸l;
2.如圖3,在拋物線上任找一點(diǎn)A(不是拋物線的頂
點(diǎn)),過(guò)A作ABl于點(diǎn)B,作點(diǎn)B關(guān)于頂點(diǎn)O的對(duì)稱點(diǎn)
C,連接AC;
3.過(guò)點(diǎn)A作ADAC,交對(duì)稱軸l于點(diǎn)D;
4.取CD中點(diǎn)為F,則點(diǎn)F就是拋物線的焦點(diǎn).
下面給出該作法的證明.
圖3
證明 不妨設(shè)拋物線的方程為y2=2px(p>0),點(diǎn)A的坐標(biāo)為x0,y0,其中x0≠0,則點(diǎn)B的坐標(biāo)為x0,0,點(diǎn)C的坐標(biāo)為-x0,0.于是直線AC的斜率為y0-0x0--x0=y02x0,直線AD的方程為y-y0=-2x0y0x-x0.令y=0,可得x=x0+p,所以點(diǎn)D的坐標(biāo)為x0+p,0,所以CD中點(diǎn)F的坐標(biāo)為p2,0,所以點(diǎn)F就是拋物線的焦點(diǎn).
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:軟件無(wú)線電;測(cè)試;移動(dòng)通訊
中圖分類號(hào):TN929.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1673-1131(2015)12-0224-02
作者簡(jiǎn)介:何緯(1981-),男,江蘇泰興人,工程師,研究方向?yàn)檐浖o(wú)線電技術(shù);邵瑞(1983-),男,江蘇徐州人,工程師,研究方向?yàn)檐浖o(wú)線電技術(shù)
0引言
軟件無(wú)線電技術(shù)(SDR)可以通過(guò)硬件和軟件的結(jié)合,使無(wú)線通信設(shè)備、終端等具有可編程、可重配置的能力,其提供了能完成多種模式、多個(gè)頻段、多種功能無(wú)線通訊測(cè)試的一種解決方案。軟件無(wú)線電的關(guān)鍵在于使用軟件來(lái)完成過(guò)去使用專業(yè)硬件無(wú)線電平臺(tái)才能完成的工作,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將A/D、D/A盡可能靠近頻射端,從而使信號(hào)盡早數(shù)字化,然后借助擁有強(qiáng)大的信號(hào)處理能力和靈活的可重構(gòu)特性的可編程平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)多種通信標(biāo)準(zhǔn)的支持。
1軟件無(wú)線電的研究現(xiàn)狀
無(wú)線電技術(shù)是目前無(wú)線通信測(cè)試領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn),通過(guò)認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)進(jìn)行通訊頻譜系統(tǒng)的創(chuàng)新管理,采用新的方法和技術(shù)來(lái)解決目前通訊系統(tǒng)頻譜利用率不高的問(wèn)題。本文分析了軟件無(wú)線電技術(shù)在移動(dòng)通信測(cè)試領(lǐng)域的挑戰(zhàn),并介紹了一種實(shí)用的軟件無(wú)線電測(cè)試平臺(tái)。采用全數(shù)字技術(shù),這是然間無(wú)線電廣播電臺(tái)與第二代數(shù)字接收機(jī)的本質(zhì)區(qū)別。軟件無(wú)線電技術(shù)采用通用可編程硬件平臺(tái),不僅具有全數(shù)字接收機(jī),最大特點(diǎn)是通過(guò)軟件對(duì)硬件功能、技術(shù)體制等進(jìn)行重新定義和配置。該機(jī)的硬件芯片結(jié)構(gòu)仿真技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的完美結(jié)合。軟件無(wú)線電技術(shù)將模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)化盡可能接近射頻端。將接收的射頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)射頻數(shù)字信號(hào)到中頻數(shù)字信號(hào)以及基帶數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換,通過(guò)可編程處理器最大限度地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。理想的軟件無(wú)線電電臺(tái)是將通信天線接收到的射頻模擬信號(hào)直接進(jìn)行采樣獲得射頻數(shù)字信號(hào),通過(guò)對(duì)射頻數(shù)字信號(hào)的一系列處理技術(shù)包括變頻混頻、信號(hào)濾波、載波提取、相位解調(diào)、低通濾波、位同步提取、信道編解碼、加解密等,獲得通信基帶信號(hào)。理想軟件無(wú)線電現(xiàn)在完全可編程,適用于如FDMA(頻分多址),TDMA(時(shí)分多址)和CDMA(碼分多址)等多種通信體制的實(shí)現(xiàn)。
2軟件無(wú)線電的體系結(jié)構(gòu)
軟件無(wú)線電體系結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)軟件無(wú)線電的一個(gè)基本框架。在軟件無(wú)線電技術(shù)體系結(jié)構(gòu)中,一組特定的功能可以根據(jù)特定的設(shè)計(jì)規(guī)則,通過(guò)幾類特定的組件來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟件無(wú)線電體系結(jié)構(gòu)的硬件結(jié)構(gòu)主要包括寬帶天線和射頻/中頻處理器、寬帶A/D轉(zhuǎn)換器、寬帶D/A轉(zhuǎn)換器、通用可編程處理器(如FPGA、DSP)等。通過(guò)分析硬件組織,可以更加充分地發(fā)揮軟件的靈活性。軟件無(wú)線電技術(shù)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)具有即插即用的特性。軟件無(wú)線電終端的重配置包括所有的功能性能方面,即從無(wú)線通信物理層、協(xié)議棧、服務(wù)或服務(wù)執(zhí)行平臺(tái)的可重配置。另外設(shè)備之間和設(shè)備各層之間應(yīng)用編程接口的開(kāi)放性決定了終端的可編程和可重配置的能力?,F(xiàn)在,許多專家和學(xué)者認(rèn)為,通訊頻率的管理應(yīng)該是開(kāi)放式的可編程平臺(tái),這可以重新配置移動(dòng)通訊頻率系統(tǒng),正如軟件無(wú)線電的最初定義一樣“無(wú)線世界的PC”。這種定義準(zhǔn)確地勾畫(huà)出可重配置通信平臺(tái)/終端所須的開(kāi)放性和可編程能力,這使得未來(lái)軟件無(wú)線電具有更為安全、可靠的可重配置性,以滿足未來(lái)移動(dòng)通訊發(fā)展的要求。1997年軟件無(wú)線電論壇的技術(shù)報(bào)告,在軟件無(wú)線電技術(shù)發(fā)展歷史上具有里程碑意義,該報(bào)告第一次為軟甲無(wú)線電構(gòu)架了一個(gè)明確的體系框架—開(kāi)放的、即插即用的發(fā)展框架體系。它把IT線程元件合并到實(shí)體中即對(duì)象母體中,它們促進(jìn)了模塊間接口的定義。輔助接口(AUX)是專用的接口,用于輸入、輸出、天線多樣性控制、減弱同址干擾和密鑰注入(還將確定其它一些項(xiàng)目)。軟件無(wú)線電在模塊之間采用SDR的段間接口,SDR射頻接口是介于模擬視頻和數(shù)字射頻之間的新型射頻接口。
3認(rèn)知軟件無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)
軟件無(wú)線電的硬件發(fā)展阻礙軟件無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展,軟件無(wú)線電技術(shù)主要包括寬帶天線技術(shù)、寬帶技術(shù)、高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和高性能互連結(jié)構(gòu)技術(shù)等。全球眾多高校和研究機(jī)構(gòu)都在對(duì)軟件無(wú)線電技術(shù)進(jìn)行深入的研究,但是受眾多研究者一致公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)尚未形成。對(duì)軟件無(wú)線電關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的研究與突破,將促進(jìn)軟件無(wú)線電的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。軟件無(wú)線電是一種智能頻譜共享技術(shù),具有動(dòng)態(tài)檢測(cè)的認(rèn)知功能。在空間、時(shí)間和頻率域中可應(yīng)用于空間、時(shí)間和頻率多維度的頻譜復(fù)用,大大降低了無(wú)線技術(shù)發(fā)展的頻率和帶寬限制。軟件無(wú)線電技術(shù)被認(rèn)為是解決頻譜利用率低下和頻譜資源短缺問(wèn)題的最佳方案之一,將有可能成為通信發(fā)展史上的另一個(gè)里程碑。軟件無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)是頻譜檢測(cè)技術(shù),其分為授權(quán)用戶的接收和授權(quán)用戶的檢測(cè)。授權(quán)用戶的接收是實(shí)現(xiàn)頻譜感知與分配的有效方法,這種方法可以減少其他用戶對(duì)其的干擾,目前的軟件無(wú)線電技術(shù)還是難以實(shí)現(xiàn)的;授權(quán)用戶的檢測(cè)是比較容易實(shí)現(xiàn)的,但是存在頻譜資源浪費(fèi)的現(xiàn)象,目前的。目前頻譜感知的研究主要是對(duì)授權(quán)用戶的開(kāi)放檢測(cè),可分為單點(diǎn)頻譜感知、協(xié)同頻譜感知和干擾檢測(cè)三大類。
4在移動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域中的應(yīng)用
在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用雖然蜂窩移動(dòng)通信有固定的頻段劃分,但頻譜資源是不合理的。這是在移動(dòng)通信系統(tǒng)的問(wèn)題還沒(méi)有得到解決。在白天,頻譜資源非常緊張,晚上頻譜資源是比較空閑的,這就導(dǎo)致在繁忙時(shí)間的頻率譜是擁擠和頻譜的大量浪費(fèi),特別對(duì)一些重要頻譜而言,問(wèn)題就顯得尤為突出。認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中,采用自適應(yīng)頻率來(lái)解決問(wèn)題。對(duì)于傳統(tǒng)的移動(dòng)通信系統(tǒng),由于充足的頻譜預(yù)留空間,目前還沒(méi)有認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的引入,具體的規(guī)范協(xié)議的出臺(tái)還需要進(jìn)一步研究。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商,引入成本和運(yùn)營(yíng)管理是一個(gè)值得思考的問(wèn)題。但從技術(shù)層面,蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)共享頻譜資源的認(rèn)知無(wú)線電的一個(gè)發(fā)展方向,這方面的研究已經(jīng)開(kāi)始。在GSM系統(tǒng)中的空閑頻譜分析的情況下,基于認(rèn)知無(wú)線電的初步研究有三種:對(duì)GSM系統(tǒng)的空閑頻譜的工作條件是給定的,同一小區(qū)、距離較遠(yuǎn)的任意通信系統(tǒng)模型,隨著越來(lái)越多的通信標(biāo)準(zhǔn)的引入和移動(dòng)通信的不斷發(fā)展,終端和芯片制造商測(cè)試的成本和測(cè)試時(shí)間要求更嚴(yán)格,邊流壓力測(cè)試設(shè)備制造商將推出更接近軟件無(wú)線電,更低成本、更快速測(cè)試的開(kāi)放式平臺(tái),試驗(yàn)廠家也將更多的功能和應(yīng)用引入到更多高指標(biāo)和更靈活的射頻測(cè)試儀器中。
5結(jié)語(yǔ)
伴隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求和用戶對(duì)于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)放性的需求,多種移動(dòng)通信制式將持續(xù)長(zhǎng)久地共同發(fā)展。開(kāi)放型軟件無(wú)線電頻率測(cè)試平臺(tái)還需要進(jìn)一步研究,通過(guò)軟件定義實(shí)現(xiàn)特定應(yīng)用的測(cè)試,在移動(dòng)通訊測(cè)試領(lǐng)域中軟件無(wú)線電的應(yīng)用非常重要,也越來(lái)越受到專家和學(xué)者的關(guān)注。
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關(guān)鍵詞:認(rèn)知無(wú)線電(CR) 潛艇通信對(duì)抗 頻譜檢測(cè) 頻譜分配
引言
潛艇通信對(duì)抗,是潛艇電子對(duì)抗的重要分支,實(shí)質(zhì)就是敵對(duì)雙方在無(wú)線電通信領(lǐng)域內(nèi)為爭(zhēng)奪無(wú)線電頻譜控制權(quán)而展開(kāi)的斗爭(zhēng)。認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)是目前無(wú)線電界的熱點(diǎn),多項(xiàng)研究表明其在軍事通信對(duì)抗領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。而由于潛艇通信的在技術(shù)和裝備方面的種種特性,認(rèn)知無(wú)線電在潛艇通信對(duì)抗方面的應(yīng)用面臨著新的問(wèn)題,是項(xiàng)前沿性課題。
1 認(rèn)知無(wú)線電(CR)技術(shù)概述
Mitola、FCC、ITU WP8A、John Notor等個(gè)人或組織對(duì)認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)給出較有代表性定義[1]。比較受無(wú)線電方面的專家和學(xué)者們認(rèn)可的是美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)對(duì)認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的定義:認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)是無(wú)線終端利用與無(wú)線環(huán)境進(jìn)行交互所獲取的無(wú)線背景知識(shí),調(diào)整傳輸參數(shù),實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸?shù)哪芰2]。
認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的核心思想是在其對(duì)頻譜感知和系統(tǒng)的智能學(xué)習(xí)能力支持下,將頻譜資源從時(shí)間、空間和頻率等多維度的重復(fù)利用和共享,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜分配和頻譜共享。
1.2 認(rèn)知無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)
1.2.1 頻譜檢測(cè)
現(xiàn)有的采用導(dǎo)頻信號(hào)和周期平穩(wěn)過(guò)程特征檢測(cè)等技術(shù)隨多徑衰落的影響而檢測(cè)性能降低。認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)能夠找出適合通信的“頻譜空洞”。這是認(rèn)知無(wú)線電對(duì)抗功能的技術(shù)基礎(chǔ)和前提。在認(rèn)知無(wú)線電中,頻譜檢測(cè)技術(shù)不僅在頻譜空洞的檢測(cè)中起關(guān)鍵作用,而且還需要負(fù)責(zé)頻譜狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。認(rèn)知無(wú)線電終端監(jiān)測(cè)頻譜能夠準(zhǔn)確地判定射頻信號(hào)碰撞事件,使?jié)撏ㄐ判盘?hào)避免干擾信號(hào)的壓制。
1.2.2 動(dòng)態(tài)頻譜資源分配
動(dòng)態(tài)頻譜分配的關(guān)鍵技術(shù)主要有:載波分配技術(shù)、子載波功率控制技術(shù)、復(fù)合自適應(yīng)傳輸技術(shù)。該調(diào)制方式可以通過(guò)頻率的組合或裁剪實(shí)現(xiàn)頻譜資源的充分利用,可以靈活控制和分配頻譜、時(shí)間、功率、空間等資源[3]。動(dòng)態(tài)頻譜分配技術(shù)的應(yīng)用將使?jié)撏ㄐ鸥哽`活性,將潛艇通信所需要的頻譜和干擾信號(hào)所需占據(jù)的頻譜區(qū)分開(kāi),避免兩者之間的沖突,達(dá)到對(duì)抗的目的。
2 認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)在潛艇通信對(duì)抗中的應(yīng)用展望
在潛艇通信偵察方面,通信測(cè)向與定位是通信偵察的重要內(nèi)容。目前常用的通信測(cè)向技術(shù)大致有比幅、比相、比幅和比相相結(jié)合、多普勒、時(shí)差、譜估計(jì)等體制??墒?,基于傳統(tǒng)技術(shù)建成的無(wú)線電監(jiān)測(cè)測(cè)向系統(tǒng)已不能滿足當(dāng)前各種新型、密集的無(wú)線電信號(hào)的監(jiān)測(cè)和測(cè)向的要求。認(rèn)知無(wú)線電中的高度數(shù)字化、集成化和數(shù)字處理技術(shù)應(yīng)用應(yīng)用可組成單信道、雙信道及多信道的相關(guān)干涉儀或其他體制的監(jiān)測(cè)測(cè)向系統(tǒng),并具備寬帶掃描、本振共享、同步采樣、信號(hào)識(shí)別、信號(hào)分析功能,系統(tǒng)測(cè)向功能極其強(qiáng)大,且測(cè)向速度快、靈敏度高、可靠性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)范圍大,計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制,界面友好、直觀,操作使用極為方便,極大地提高了無(wú)線電技術(shù)人員測(cè)定無(wú)線電輻射源能力。
在潛艇通信干擾方面,對(duì)于長(zhǎng)波發(fā)信而言,當(dāng)通信距離較遠(yuǎn),且潛艇距干擾發(fā)射臺(tái)較近時(shí),通信將擾。對(duì)于短波發(fā)信而言,由于其功率小,所以無(wú)論通信距離遠(yuǎn)近,壓制性干擾都會(huì)起到一定的效果。由于軍用認(rèn)知無(wú)線電使電臺(tái)對(duì)周圍復(fù)雜電磁環(huán)境所感知,因此能夠提取出干擾信號(hào)的特征,進(jìn)而可以根據(jù)電磁環(huán)境感知信息、干擾信號(hào)特征以及通信業(yè)務(wù)的需求選取合適的抗干擾通信策略[4]。而潛艇通信系統(tǒng)時(shí)需要實(shí)時(shí)得到通信特征參數(shù),要有實(shí)時(shí)地隨通信特征參數(shù)變化而變化的能力??偟膩?lái)說(shuō),認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)應(yīng)用于潛艇通信反對(duì)抗后將極大地提升潛艇通信對(duì)抗水平。
3 認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)在潛艇通信對(duì)抗中的應(yīng)用需解決和注意的問(wèn)題
近幾年來(lái),軍用認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)得到了快速發(fā)展。然而,認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)于潛艇通信方面還是需要解決和注意許多問(wèn)題。
3.1 潛用智能天線的研制與使用是關(guān)鍵
在復(fù)雜電磁環(huán)境的海戰(zhàn)下,若想取得信息優(yōu)勢(shì),必須使未來(lái)應(yīng)用與潛艇通信的認(rèn)知無(wú)線電終端的功能更加智能化。認(rèn)知無(wú)線電的天線具有接入多個(gè)頻段的功能,理想的認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)的天線部分則應(yīng)該能夠覆蓋全部無(wú)線通信頻段,這對(duì)天線技術(shù)提出了較高的要求。目前,智能天線技術(shù)的問(wèn)世即將解決這個(gè)問(wèn)題。此種天線系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)配置。未來(lái)潛艇智能收發(fā)天線將既有自動(dòng)感知干擾源并抑制其影響的能力,又有增強(qiáng)期望信號(hào)的很強(qiáng)的抗干擾能力[5]。進(jìn)一步來(lái)說(shuō),如何將潛用智能天線的使用融合到潛艇的戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)之中,以達(dá)成此裝備服務(wù)于戰(zhàn)術(shù)的目的,是認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)應(yīng)用于潛艇通信對(duì)抗的另一關(guān)鍵問(wèn)題。
3.3 軟件開(kāi)發(fā)和仿真訓(xùn)練的進(jìn)度應(yīng)加大
在潛艇通信對(duì)抗行動(dòng)中,反潛兵力為取得最佳對(duì)抗效益,將會(huì)針對(duì)不同的通信信號(hào)采用不同的偵察或干擾樣式。需要針對(duì)各種可能的對(duì)抗技術(shù)研究出相應(yīng)的對(duì)抗擾處理算法,然后裝訂到以軟件無(wú)線電為平臺(tái)的認(rèn)知無(wú)線電潛用終端上。同時(shí),應(yīng)針對(duì)認(rèn)知無(wú)線電通信系統(tǒng)對(duì)抗技術(shù)的特點(diǎn),對(duì)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的自適應(yīng)能力和功通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真軟件,構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境、系統(tǒng)仿真模型,通過(guò)嚴(yán)格完備的仿真試驗(yàn),分析并驗(yàn)證認(rèn)知無(wú)線電通信對(duì)抗裝備的技術(shù)性能和環(huán)境適應(yīng)能力、作戰(zhàn)能力。
3.4 通信鏈路的可靠性和持續(xù)性需增強(qiáng)
潛艇在未來(lái)信息化戰(zhàn)場(chǎng)上,無(wú)線電通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如果沒(méi)有良好的配置和網(wǎng)絡(luò)部署.一旦受到安全威脅,其后果不堪設(shè)想。無(wú)線電通信技術(shù)通信方法的拓新我們與必要提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能、優(yōu)化設(shè)備配置、冗余備份等等手段來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性。而且,認(rèn)知無(wú)線電的潛艇終端必須適應(yīng)于發(fā)信快的原則,避免由于智能對(duì)抗的過(guò)程過(guò)長(zhǎng)而使?jié)撏П┞丁T诎杜_(tái)方面,自潛艇從所在海域發(fā)出信息后,岸臺(tái)認(rèn)知無(wú)線電終端必須在盡可能短的時(shí)間內(nèi)騰出接收頻率,務(wù)必保證信息不露報(bào)。這就要求增強(qiáng)認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)支持下的接收終端通信鏈路的持續(xù)性和可靠性。
4 結(jié)語(yǔ)
認(rèn)知無(wú)線電應(yīng)用于潛艇通信不僅是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題和裝備問(wèn)題,而且是一個(gè)戰(zhàn)術(shù)問(wèn)題。技術(shù)上,認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)還很不成熟;裝備上,潛用認(rèn)知無(wú)線電通信終端還未曾涉及;戰(zhàn)術(shù)上,潛艇認(rèn)知無(wú)線電通信的作戰(zhàn)使用還未曾進(jìn)行深入的研究論證,這些問(wèn)題都需要深入探討[6] 。所以認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)應(yīng)用于潛艇通信對(duì)抗需要解決的理論和實(shí)際問(wèn)題遠(yuǎn)非限于上述幾種情況。相信隨著對(duì)認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)研究的不斷深入和應(yīng)用,潛艇對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)無(wú)線電磁環(huán)境的感知的能力將會(huì)有更大的提升的余地。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
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[4] 王忠思,黃輝,于爽.認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)及其在軍事上的應(yīng)用.四川兵工學(xué)報(bào)[J].第30卷第7期,2009.7.
2 軟件無(wú)線電架構(gòu)
軟件無(wú)線電(SDR)最初的概念是一種通信技術(shù)或者體系結(jié)構(gòu),而現(xiàn)在SDR,確切地說(shuō)是軟件定義無(wú)線電,更接近一種設(shè)計(jì)方法或者設(shè)計(jì)理念。軟件無(wú)線電在理論上有著良好的應(yīng)用前景,實(shí)際應(yīng)用中卻受到軟、硬件工藝或者處理能力的限制,但是基于軟件無(wú)線電概念基礎(chǔ)上的軟件定義無(wú)線電技術(shù)卻越來(lái)越受到人們的重視。在2001年10月份舉行的ITU-8F會(huì)議上,軟件定義無(wú)線電被推薦為未來(lái)無(wú)線通信極有可能的發(fā)展方向。
軟件定義無(wú)線電的功能需求包括重新編程及重新設(shè)定的能力、提供并改變業(yè)務(wù)的能力、支持多標(biāo)準(zhǔn)的能力以及智能化頻譜利用的能力等??梢?jiàn),SDR是可為所有技術(shù)使用的公共平臺(tái),例如認(rèn)知無(wú)線電。下面我們將從一個(gè)相對(duì)完整的SDR平臺(tái)角度來(lái)闡述SDR平臺(tái)的架構(gòu),主要包括以軟件為中心的SDR架構(gòu)和SDR硬件結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面。
2.1 以軟件為中心SDR架構(gòu)
軟件無(wú)線電,其重點(diǎn)在于基于一款通用平臺(tái)來(lái)進(jìn)行功能的軟件化處理。在SDR探討中,開(kāi)發(fā)人員往往注重平臺(tái)的硬件開(kāi)發(fā),偏重于搭建平臺(tái)時(shí)使用器件的處理性能,以使得通用平臺(tái)盡可能的接近理想軟件無(wú)線電的設(shè)計(jì)要求。這使得一部分人忽略了SDR中軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)。這里提出的SDR軟件平臺(tái),是指在利用通用硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)SDR功能時(shí)的一種用戶算法處理框架(或簡(jiǎn)單認(rèn)為信號(hào)處理框架),甚至是一種操作環(huán)境(如滿足軟件通信體系架構(gòu)規(guī)范用戶接口環(huán)境)。SDR軟件平臺(tái)(也稱作SDR架構(gòu))負(fù)責(zé)的功能一般包括:
?提供用戶接口,用戶通過(guò)該接口添加、刪除功能模塊。
?算法封裝,將算法包裝與外界隔離,算法包括通信算法、信號(hào)處理算法、C/C++等其他算法。
?互聯(lián)接口,以完成模塊間互聯(lián)。
?中間信號(hào)的測(cè)試調(diào)試接口。
?調(diào)度器或者適配器,用來(lái)管理模塊。
SDR架構(gòu)中,最受歡迎的兩類開(kāi)源平臺(tái)分別是開(kāi)源軟件定義無(wú)線電(GNU Radio)和開(kāi)源軟件通信體系框架嵌入式解決方案(OSSIE)。二者都是著手于標(biāo)準(zhǔn)化和可移植化的代碼開(kāi)發(fā),GNU Radio的出發(fā)點(diǎn)是提供一種信號(hào)處理框架,而OSSIE的目標(biāo)是提供一種軟件通信體系架構(gòu)(SCA)操作環(huán)境[11]。
2.1.1 GNU Radio 平臺(tái)
GNU Radio是一種設(shè)計(jì)SDRs的開(kāi)源架構(gòu),其主要組件包括6個(gè)部分:通用框架、調(diào)度器、C++和Python工具、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)模塊、用戶接口界面、硬件前端的接口。這6個(gè)部分詳細(xì)功能說(shuō)明如下:
?一個(gè)為信號(hào)處理模塊準(zhǔn)備的通用框架,并且其可以連接到一個(gè)或多個(gè)其他模塊。
?一個(gè)調(diào)度器,用于激活每個(gè)處理模塊并且管理模塊之間的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸。
?C++和Python工具,用于建立多個(gè)模塊間的流圖,并將該流圖連接到調(diào)度器上。
? 一組足夠多的用于濾波器、跟蹤環(huán)等的常用DSP模塊。
? 用戶接口界面,允許用戶拖拽模塊、模塊連線來(lái)實(shí)現(xiàn)GNU Radio的設(shè)計(jì)。
? 一個(gè)與商用硬件前端的接口。前端硬件包括數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器(DAC/ADC)和上下變頻器,來(lái)提供了通用處理器(GPP)和無(wú)線物理環(huán)境的接口。
GNU Radio運(yùn)行在Linux系統(tǒng)上。圖7給出了GNU Radio 圖形用戶接口界面,每一個(gè)小模塊封裝了不同的信號(hào)處理功能,而且這些算法功能都是開(kāi)源的。大部分算法或者信號(hào)處理模塊是基于C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的,可讀性強(qiáng),同時(shí)也便于用戶開(kāi)發(fā)。模塊間的通信是利用數(shù)據(jù)通道完成的,信息采用的是消息隊(duì)列形式。GNU Radio結(jié)合通用軟件無(wú)線電外設(shè)(USRP)開(kāi)發(fā)板,可以認(rèn)為是一種SDR平臺(tái),相關(guān)人員可以利用這種平臺(tái)進(jìn)行一些算法的快速開(kāi)發(fā)和SDR研究。
2.1.2 OSSIE 平臺(tái)
OSSIE是一種開(kāi)發(fā)SCA兼容無(wú)線電的開(kāi)源平臺(tái),提供了一種SCA操作環(huán)境。OSSIE分配包括以下部分:
?用來(lái)選擇模塊和互聯(lián)模塊的用戶接口。
? 定義新模塊的用戶接口,可以創(chuàng)建C++程序框架,用戶根據(jù)應(yīng)用需要可以增減框架內(nèi)所需要的信號(hào)處理代碼。
? 用來(lái)檢查和調(diào)試波形的用戶接口,該接口允許開(kāi)發(fā)人員監(jiān)視中間模塊中的信號(hào)。監(jiān)控器可以在運(yùn)行中添加,便于觀察中間波形,進(jìn)行模塊調(diào)試。
? 基于開(kāi)源對(duì)象請(qǐng)求(ORB)的SCA兼容公共對(duì)象請(qǐng)求體系結(jié)構(gòu)(CORBA)。
? 一系列學(xué)習(xí)指南和實(shí)驗(yàn)課程。Windows用戶可以直接下載相關(guān)組件并運(yùn)行,不需要安裝Linux,相對(duì)GNU Radio上手容易。
從圖8和圖9以及OSSIE分配上看出,用戶接口軟件OSSIE提供了SDR架構(gòu)設(shè)計(jì)、信號(hào)處理代碼封裝、接口調(diào)試、中間模塊波形調(diào)試等功能,在OSSIE上開(kāi)發(fā)完整的無(wú)線電是相當(dāng)可行的?;贠SSIE架構(gòu),Prismtech公司的著名Spectra系統(tǒng)提供了一個(gè)完整的用來(lái)開(kāi)發(fā)SCA兼容波形的操作環(huán)境。
2.1.3 不同開(kāi)源SDR平臺(tái)間對(duì)比
GNU Radio由專門的業(yè)余愛(ài)好者創(chuàng)立,以節(jié)省開(kāi)支和臨時(shí)應(yīng)急驗(yàn)證為目的的一種快速開(kāi)發(fā)工具;而OSSIE符合軍方開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。二者都是著手于標(biāo)準(zhǔn)化和可移植化的代碼開(kāi)發(fā)。
GNU Radio的出發(fā)點(diǎn)是提供一種信號(hào)處理框架,與之不同的是OSSIE的目標(biāo)是提供一種SCA操作環(huán)境。GNU Radio運(yùn)行在Linux平臺(tái)上,且直接訪問(wèn)文件系統(tǒng)和硬件;SCA波形運(yùn)行在OSSIE提供的一個(gè)良好的操作環(huán)境下,應(yīng)用程序界面抽象描述了文件系統(tǒng)和硬件。在GNU Radio上的模塊之間通過(guò)Python或者C++指令來(lái)互相連接,采樣數(shù)據(jù)是通過(guò)用戶自定義的循環(huán)緩沖來(lái)傳輸。OSSIE采用可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言(XML)文件定義模塊連接,而實(shí)際是通過(guò)CORBA服務(wù)完成了連接。最重要的是OSSIE基于ORB結(jié)構(gòu),采用了傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(TCP/IP)傳輸采樣數(shù)據(jù)。特別說(shuō)明,ORB允許不同的模塊運(yùn)行在不同的機(jī)器上,而GNU Radio平臺(tái)上的流圖只能在同一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn),GNU Radio更像是OSSIE中一種功能組件,完成的是OSSIE的信號(hào)處理功能。
基于GNU Radio和OSSIE兩類平臺(tái)出現(xiàn)一系列SDR軟件架構(gòu),例如PrismTech公司的Spectra CX環(huán)境。這些SDR架構(gòu)與專用處理器(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列/DSP)相連接或者將專用處理器抽象成封裝組件,將無(wú)線電波形集中管理,根據(jù)需要進(jìn)行裝配組件形成波形應(yīng)用,靈活調(diào)用。這樣就完成了軟件無(wú)線電平臺(tái)開(kāi)發(fā)雛形。
2.2 用于SDR信號(hào)處理的硬件結(jié)構(gòu)
SDR要求硬件系統(tǒng)具有功能可重構(gòu)、較高的實(shí)時(shí)處理能力,要求適應(yīng)性廣、升級(jí)換代簡(jiǎn)便。在一般情況下要求SDR硬件系統(tǒng)具備如下特點(diǎn):支持多處理器系統(tǒng),具有寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸I/O接口,結(jié)構(gòu)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化等。常見(jiàn)的SDR平臺(tái)就是CPU+DSP+FPGA這種形式。即便我們不具備全部硬件,但仍然可以進(jìn)行SDR開(kāi)發(fā),因?yàn)镾DR更像是一種設(shè)計(jì)理念,重在軟件和算法處理,其組件(不管是硬件平臺(tái),還是軟件算法)滿足同一種規(guī)范,則具備SDR可重構(gòu)的靈活性。目前,存在3種主流SDR硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu):基于GPP的SDR結(jié)構(gòu)、基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)的SDR(Non-GPP)結(jié)構(gòu)、基于GPP+FPGA/SDP的混合SDR結(jié)構(gòu)。
2.2.1 基于GPP的SDR結(jié)構(gòu)
基于GPP的SDR結(jié)構(gòu)提供了最大的靈活性和最簡(jiǎn)單的開(kāi)發(fā)。GPPs最適合用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的研究和開(kāi)發(fā),研究者能夠快速嘗試一系列算法和波形。一款高配PC在運(yùn)行相當(dāng)復(fù)雜的波形情況下,數(shù)據(jù)率 ≥ 1 Mbit/s,并且通過(guò)以太網(wǎng)、USB、PCI等標(biāo)準(zhǔn)接口可以直接處理數(shù)字基帶或者低中頻采樣數(shù)據(jù)。并且可以通過(guò)多核處理來(lái)提高數(shù)據(jù)的吞吐量。但是,對(duì)于這種結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)更適合處理數(shù)據(jù)塊,并不擅長(zhǎng)處理實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)延時(shí)和抖動(dòng)是其面臨的主要問(wèn)題。操作系統(tǒng)會(huì)引進(jìn)延時(shí)和抖動(dòng),windows系統(tǒng)抖動(dòng)可能超過(guò)10 ms,而像VxWorks這種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)抖動(dòng)可以限制在1 ms內(nèi)。
基于GPP的SDR結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,其結(jié)構(gòu)一般如圖10所示,只包括天線、ADC/DAC、數(shù)據(jù)緩沖模塊(FIFO)和GPP。這種架構(gòu)對(duì)于開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō),相當(dāng)方便和靈活,直接接入個(gè)人PC就可以進(jìn)行算法開(kāi)發(fā)和測(cè)試,但它也存在缺點(diǎn),如上述所述,延時(shí)和數(shù)據(jù)處理的方式等。
2.2.2 基于FPGA的SDR(Non-GPP)
結(jié)構(gòu)
基于FPGA的SDR結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)比較困難。FPGA適合于高數(shù)據(jù)速率和寬帶寬信號(hào)波形應(yīng)用,并且可以用于靈活實(shí)現(xiàn)無(wú)線電和多種多樣的波形設(shè)計(jì),但是在結(jié)構(gòu)上與GPP存在本質(zhì)區(qū)別。GPP在內(nèi)存中執(zhí)行指令且很容易從一個(gè)指令功能轉(zhuǎn)換到另一種功能,而FPGA上的功能直接映射成了硬件電路,一個(gè)新功能需要更多的FPGA資源。同時(shí),F(xiàn)PGA的高度并行結(jié)構(gòu)十分適合數(shù)據(jù)流處理,但是不適合密集型控制處理。另一方面,F(xiàn)PGA的配置文件高達(dá)40 MB,配置時(shí)間長(zhǎng)達(dá)100 ms,而且重新配置是容易丟失芯片中的數(shù)據(jù)。這些問(wèn)題直接造成了多波形設(shè)計(jì)中重新加載的時(shí)間太長(zhǎng)的問(wèn)題。雖然一部分FPGA支持局部重配置的功能,但是這項(xiàng)技術(shù)相當(dāng)困難并且嚴(yán)重受到開(kāi)發(fā)工具的限制。讓人興奮的是,F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)了2011年提出的3項(xiàng)建議[11]:
? 專用GPP與FPGA一同使用。
? 通過(guò)使用可用的邏輯資源在FPGA上嵌入一個(gè)全功能的單片機(jī)。
? 將FPGA和GPP結(jié)合制作成單一器件(如Xilinx ZYNQ系列)。
將FPGA和GPP結(jié)合制作成單一器件,并不是像嵌入了單片機(jī)模塊,這種片上單片機(jī)上電可用,并且不需要FPGA就可以進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。由此可知,基于FPGA的SDR架構(gòu)時(shí)代已經(jīng)到來(lái),新一代SDR將在新技術(shù)下越來(lái)越有意義。
2.2.3 基于GPP+FPGA/DSP的混合SDR
結(jié)構(gòu)
基于GPP+FPGA/DSP的混合SDR結(jié)構(gòu),分為GPP+FPGA、GPP+DSP+FPGA兩種主要架構(gòu)形式。這種組合結(jié)構(gòu)融合不同器件的優(yōu)點(diǎn),取長(zhǎng)補(bǔ)短,在功耗要求比較寬松的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下,能夠給開(kāi)發(fā)人員提供一種快速驗(yàn)證各類算法高性能平臺(tái)。
圖11給出了這種結(jié)構(gòu)的互聯(lián)示意圖。這種結(jié)構(gòu)一般對(duì)異構(gòu)器件間的數(shù)據(jù)交換的性能要求較高,不同器件間通信一般會(huì)采用PCIe[12]接口方式(1.25 Gb/s/1x)和串行高速輸入輸出(SRIO)[13]接口方式(1.5 Gb/s/1x)。PCI Express主要用于計(jì)算機(jī)中芯片間、板卡間的數(shù)據(jù)傳輸,也有部分嵌入式市場(chǎng);RapidIO主要用于嵌入式系統(tǒng)內(nèi)芯片間、板間數(shù)據(jù)傳輸,其目標(biāo)就是嵌入式系統(tǒng)內(nèi)的高性能互聯(lián)。這種混合SDR結(jié)構(gòu),性能上可以充分地利用各種器件的優(yōu)勢(shì),但同時(shí)也存在著接口設(shè)計(jì)復(fù)雜和能耗大的問(wèn)題。
2.2.4 多通道SDR結(jié)構(gòu)
除了上述討論的SDR基本結(jié)構(gòu),也存在多通道SDR,如圖12所示。多通道SDR旨在多并發(fā)用戶共享相同的帶寬,例如在一種互不兼容無(wú)線電模式下的無(wú)線電轉(zhuǎn)換,允許不同模式下用戶間對(duì)話。這種架構(gòu)最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)就是整合一組獨(dú)立的SDRs,每一個(gè)SDR支持一個(gè)或多個(gè)信道,一般的這些SDRs分別是具有低速率、中速率、高速率處理能力。這種結(jié)構(gòu)除了對(duì)多種用戶接口、復(fù)雜的算法設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出高要求,也對(duì)信號(hào)處理器(GPP/FPGA/DSP)和射頻模塊(ADC/DAC/放大器)的性能提出了較高的要求。
2.3 實(shí)驗(yàn)室自研平臺(tái)
目前,業(yè)界也出現(xiàn)了一系列支持SDR/CR的高性能開(kāi)發(fā)平臺(tái),均是基于以上討論的架構(gòu)。例如National Instruments公司的USRP、BeeCube公司的BEE3、基于Xilinx ZYNQ系列的ZingBoard/ ZedBoard開(kāi)發(fā)板等。這些現(xiàn)有的具有SDR開(kāi)發(fā)能力的開(kāi)發(fā)板,大多屬于商業(yè)產(chǎn)品,并不是專業(yè)應(yīng)用于SDR開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品,輔以個(gè)人PC(GPP)設(shè)備才能進(jìn)行一定意義上的SDR設(shè)計(jì)。下面介紹一種自研平臺(tái),該平臺(tái)可專門用于軟件無(wú)線電和認(rèn)知無(wú)線電的相關(guān)研發(fā),特別適合實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下,開(kāi)發(fā)人員對(duì)新算法的快速實(shí)現(xiàn)。
2.3.1 自研平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)
該平臺(tái)主要包含了GPP、專用處理器(FPGA/DSP)、射頻前端、天線等主要部件,如圖13所示。
如圖13所示,這種SDR實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)利用緊湊型組件接口(CPCI)總線將FPGA、DSP、GPP連接在一起,充分利用了FPGA高速并行數(shù)據(jù)流處理能力、DSP高效算法處理能力、上位機(jī)靈活的界面操作能力以及現(xiàn)場(chǎng)可編程能力。更有意義的是平臺(tái)支持GNU Radio/OSSIE架構(gòu),實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了基于Spectra CX操作環(huán)境的SCA設(shè)計(jì),可以認(rèn)為它是一套具有SDR電臺(tái)研發(fā)能力的通用設(shè)備。平臺(tái)主要參數(shù)如表1所示。
2.3.2 單元互聯(lián)
【關(guān)鍵詞】無(wú)線電通信;干擾;技術(shù);研究
近年來(lái),各類電子設(shè)備早已“爛大街”,但是隨之而來(lái)的問(wèn)題是無(wú)線電通信的干擾問(wèn)題,由于無(wú)線電系統(tǒng)所身處的電磁傳播的環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜,干擾其傳播的因素牽扯甚廣,其中有人為干擾、環(huán)境干擾等等,人為干擾中更是存在“敵意干擾”,這主要存在于軍事領(lǐng)域,破壞對(duì)方的傳播信號(hào)。怎樣才能做到盡可能的降低干擾的強(qiáng)度,這一直是一個(gè)必須要面對(duì)、解決的問(wèn)題,減輕無(wú)線電通信的干擾,促進(jìn)我國(guó)無(wú)線電通信技術(shù)的進(jìn)步刻不容緩。
1無(wú)線電通信干擾概述
1.1無(wú)線電通信的定義
無(wú)線電通信是利用自由傳播的電磁波信號(hào)交換信息的一種形式。將需要傳輸?shù)穆曇簟⑽淖?、?shù)據(jù)、圖像、視頻等電信號(hào)的調(diào)制在無(wú)線電波上經(jīng)空間、底面?zhèn)髦翆?duì)方的通信方式。其主要特點(diǎn)為:不受通信的距離所限制,保密性能差,容易形成無(wú)線電通信干擾。1.2無(wú)線通信干擾的概述無(wú)線電通信干擾是指:非正常的無(wú)線電波對(duì)合法的、有用的電波產(chǎn)生影響,從而使得接收方受到的信號(hào)的質(zhì)量不佳,嚴(yán)重的會(huì)使傳播的信號(hào)發(fā)生誤差、破損甚至是丟失。是想所有的無(wú)線電波都處于“干擾狀態(tài)”,那么火車將調(diào)度困難,廣播電視將不能正常播放,發(fā)射的衛(wèi)星也將失去聯(lián)系等等,這將使我們的生活、我們的國(guó)家陷入混沌,造成不可估量的危害。
1.3無(wú)線電通信干擾的產(chǎn)生原因
1.3.1設(shè)備原因一般的來(lái)說(shuō),無(wú)線電通信有著特定的頻率,但是如果一個(gè)范圍內(nèi)出現(xiàn)了多個(gè)無(wú)線電的通信工具,在一定的距離及發(fā)射頻率的作用下,將會(huì)產(chǎn)生互調(diào)干擾,因此,在無(wú)線電的設(shè)備架構(gòu)不合理的情況下,將會(huì)嚴(yán)重影響無(wú)線電設(shè)備的使用。1.3.2人為原因目前,一些無(wú)線電設(shè)備的營(yíng)銷者,往往會(huì)在鄉(xiāng)村地區(qū)隨意的使用衛(wèi)星電視的干擾設(shè)備,進(jìn)而達(dá)到增加本企業(yè)收益的目的。但是隨意的放置衛(wèi)星電視干擾器將會(huì)使得無(wú)線電的通信干擾增加。
2干擾分類
2.1鄰道干擾
所謂的鄰道干擾是指,相鄰的波道或者臨近的波道之間相互干擾。
2.2互調(diào)干擾
所謂的互調(diào)干擾是指,由幾個(gè)不同的頻率的射頻信號(hào)在發(fā)射機(jī)端在非線性的作用之下,產(chǎn)生了新的頻率分量。
2.3同頻干擾
所謂的同頻干擾是指,在相鄰的基站或者臨近的基站的區(qū)域范圍里,接收信號(hào)位置的場(chǎng)強(qiáng)等于各個(gè)基站的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的總和。
2.4雜亂干擾
所謂的雜亂干擾是指,由于信號(hào)發(fā)射機(jī)的倍頻的濾波性能不是十分的強(qiáng)悍,使得一些諧波分量在信號(hào)的發(fā)射機(jī)的輸出端輸出,進(jìn)而形成雜亂干擾。
3應(yīng)對(duì)無(wú)線電通信干擾的措施
3.1無(wú)線電通信抗干擾技術(shù)
3.1.1FHSS技術(shù)FHSS技術(shù)采用載波頻率,依據(jù)香農(nóng)公式:C=Blog2(1+S/N)其中:C為最大傳輸速率;B為碼元速率;S/N為信噪比;由公式可以看出,如果想使傳輸速率保持不變,信噪比降低,那么就需要將碼元速率增大。3.1.2智能天線技術(shù)智能天線在無(wú)線通信中,在數(shù)字通信技術(shù)的基礎(chǔ)之上,設(shè)定無(wú)線通信的信號(hào)的方向,從而達(dá)到無(wú)線電通信抗干擾的目的。3.1.3多入多出技術(shù)多入多出技術(shù)是在,無(wú)線電的發(fā)射端設(shè)置多個(gè)發(fā)射信號(hào),接收端將接收到的信號(hào)進(jìn)行疊加處理,進(jìn)而疊加成一個(gè)完整的通信信號(hào)。依據(jù)公式:C=[min(N,M)]Blog2(ρ/2)其中:M為接收天線數(shù)目;N為發(fā)射天線數(shù)目;B為碼元速率;ρ為接受信噪比;由公式可以看出,如果帶寬與功率保持不變,將發(fā)射天線數(shù)目與接收天線數(shù)目適當(dāng)?shù)脑龃螅湍軐⑾到y(tǒng)的容量增大,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無(wú)線電通信抗干擾的目的。3.1.4混合干擾技術(shù)在實(shí)際的無(wú)線電通信的過(guò)程中,干擾通信信號(hào)的因素太多太多,這就需要依據(jù)實(shí)際的情況采用多種抗干擾技術(shù)并行使用,來(lái)達(dá)到無(wú)線電通信抗干擾的目的。然而,在采用混合抗干擾技術(shù)的時(shí)候,也會(huì)在一定程度上增加維護(hù)的難度。
3.2合理建設(shè)無(wú)線電臺(tái)
無(wú)線電臺(tái)在建設(shè)的時(shí)候,設(shè)備安裝要合理安排天線的位置,確保天線的間距達(dá)標(biāo),防止內(nèi)部串?dāng)_。3.3合理選擇無(wú)線電設(shè)備的安裝距離經(jīng)研究分析的出:在無(wú)線電設(shè)備1.8m的范圍之內(nèi),禁止使用任何的對(duì)講設(shè)備,保證TDC操作站大于3.3m,APM站要大于1.5m,并且要在無(wú)線電設(shè)備的影響范圍的外側(cè)設(shè)置警示性的標(biāo)語(yǔ)。
3.4查找無(wú)線電通信干擾的源頭
(1)從干擾信號(hào)的特征中尋找干擾信號(hào)的源頭。想要弄清楚干擾信號(hào)是從哪里發(fā)出的,必須要做的第一步就是:大量的手機(jī)干擾信號(hào),之后觀察這些信號(hào)的特點(diǎn),采用特定的技術(shù)工具,測(cè)量干擾信號(hào)的各類參數(shù)(包括:信號(hào)的頻率,信號(hào)的幅度,信號(hào)的帶寬,信號(hào)的調(diào)制方式以及信號(hào)的工作時(shí)間等。),并對(duì)信號(hào)的內(nèi)容進(jìn)行收聽(tīng),為尋找信號(hào)的干擾源頭的位置提供一定的信息。進(jìn)而判斷干擾信號(hào)的類型、用途等大致的源頭所在。(2)從天線的類型中,判斷信號(hào)的傳播途徑。一般的,較大功率的輻射站天線會(huì)選擇建在較高的位置,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其大面積覆蓋的目的。因此,在查找干擾源頭的時(shí)候,可尋找信號(hào)的所屬業(yè)務(wù)的發(fā)射天線來(lái)進(jìn)行快速查找。(3)單車定位、逼近查找相結(jié)合。單車定位、逼近查找是采用檢測(cè)車對(duì)干擾信號(hào)的查找的兩種方式。距離遠(yuǎn),采用單車定位,進(jìn)入到搜素的小區(qū)域之后,在進(jìn)行逼近查找,進(jìn)而尋得干擾源頭所在。
4結(jié)語(yǔ)
采用無(wú)線電通信的技術(shù),在電磁信號(hào)的傳播的過(guò)程中,極易受到各類的干擾信號(hào)的干擾,隨著我國(guó)通信事業(yè)的逐漸發(fā)展進(jìn)步,無(wú)線電通信技術(shù)也在不斷成熟,抗干擾技術(shù)也在不斷的改進(jìn)、進(jìn)步、發(fā)展提升,通信系統(tǒng)的抗干擾性能也在進(jìn)步。無(wú)線電通信憑借其本身的優(yōu)越性,理應(yīng)在通信領(lǐng)域逐漸強(qiáng)大,采用先進(jìn)的技術(shù)提升其抗干擾性能,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能化無(wú)線通信的目的。
參考文獻(xiàn)
[1]許皓文.關(guān)于無(wú)線電干擾問(wèn)題的相關(guān)研究[J].知識(shí)經(jīng)濟(jì),2015(03):81.
【關(guān)鍵詞】第三代移動(dòng)通信系統(tǒng);軟件無(wú)線電;虛擬無(wú)線電;認(rèn)知無(wú)線電;拓?fù)?;模塊化
1 引言
軟件無(wú)線電是近幾年來(lái)提出的一種實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的新概念和體制。它的核心是:將寬帶A/D和D/A變換器盡可能地靠近天線,而將電臺(tái)功能盡可能地采用軟件進(jìn)行定義。軟件無(wú)線電把硬件作為無(wú)線通信的基本平臺(tái),而把盡可能多的無(wú)線通信功能用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣,無(wú)線通信系統(tǒng)具有很好的通用性、靈活性,使系統(tǒng)互聯(lián)和升級(jí)變得非常方便,這很可能使軟件無(wú)線電成為繼模擬通信到數(shù)字通信和固定通信到移動(dòng)通信之后的無(wú)線通信領(lǐng)域的第三次突破。軟件無(wú)線電技術(shù)是90年代新技術(shù)之一,它已與第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)緊密的結(jié)合起來(lái),第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究推動(dòng)了軟件無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展,而軟件無(wú)線電技術(shù)又促使第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)更加靈活的實(shí)現(xiàn)。本文分析了軟件無(wú)線電技術(shù)在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用,并總結(jié)歸納了由于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的推動(dòng)作用,軟件無(wú)線電系統(tǒng)呈現(xiàn)出的一些新的發(fā)展趨勢(shì)。
2 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的軟件無(wú)線電技術(shù)
第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)是指國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)正在組織進(jìn)行研究的,未來(lái)公用陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)即FPLMTS,1996年更名為IMT-2000。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要目標(biāo)是要將包括衛(wèi)星在內(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)融合為可以替代眾多網(wǎng)絡(luò)功能的統(tǒng)一系統(tǒng)。它能提供寬帶業(yè)務(wù)并實(shí)現(xiàn)全球無(wú)縫覆蓋。在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)與系統(tǒng)的特點(diǎn)中,最核心的問(wèn)題是提供不同環(huán)境下的多媒體業(yè)務(wù)及實(shí)現(xiàn)包含水、陸、空的全球覆蓋。因而它要求實(shí)現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)的綜合:無(wú)線網(wǎng)與無(wú)線網(wǎng)的綜合;移動(dòng)網(wǎng)與固定網(wǎng)的綜合;陸地網(wǎng)與衛(wèi)星網(wǎng)的綜合。又適應(yīng)多種業(yè)務(wù)環(huán)境,且與第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)兼容,便于平滑升級(jí)。對(duì)于通信終端而言,它面對(duì)是多種網(wǎng)絡(luò)的綜合系統(tǒng),因而需要實(shí)現(xiàn)多頻多模式終端(手機(jī))。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)可支持的速率為室內(nèi)靜止2Mb/s;步行移動(dòng)384kb/s;車速移動(dòng)144kb/s;衛(wèi)星移動(dòng)9.6kb/s,所以手機(jī)要適應(yīng)寬帶多業(yè)務(wù)的要求。軟件無(wú)線電為通信系統(tǒng)提供一種新型的結(jié)構(gòu),那就是利用統(tǒng)一的硬件平臺(tái),不同的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能。只有軟件無(wú)線電技術(shù)才能解決多頻多模式多業(yè)務(wù)終端問(wèn)題。由于第三代移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一是非常困難的,IMT-2000的發(fā)展策略已經(jīng)改變過(guò)去“一統(tǒng)”的概念,而注意到以各地區(qū)現(xiàn)有第二代系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)為參考來(lái)制定比較現(xiàn)實(shí)的過(guò)渡方法,并在1997年3月的會(huì)議上一致通過(guò)了“IMT-2000 家族”的概念,它放棄了在空中接口、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面等一致性的努力,而致力于制定網(wǎng)絡(luò)接口的標(biāo)準(zhǔn)和互通案。
因此,也存在多頻多模多業(yè)務(wù)基站問(wèn)題。軟件無(wú)線電是解決基站問(wèn)題的利器。開(kāi)放的、模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是軟件無(wú)線電技術(shù)的核心,對(duì)于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)是非常重要的。它為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)提供了通用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),功能實(shí)現(xiàn)靈活,系統(tǒng)改進(jìn)與升級(jí)很方便;利用統(tǒng)一的硬件平臺(tái),不同的軟件來(lái)滿足“IMT-2000”家庭概念的要求,實(shí)現(xiàn)不同標(biāo)準(zhǔn)之間的互操作;系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一致性使得設(shè)計(jì)的模塊化思想能很好的實(shí)現(xiàn),且這些模塊具有很大的通用性,能在不同的系統(tǒng)及升級(jí)時(shí)很容易地復(fù)用;由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能的實(shí)現(xiàn)主要是由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的,軟件的生存周期決定了通信系統(tǒng)的生存期,這樣就能更快地跟蹤市場(chǎng)變化,降低更新?lián)Q代的成本。智能天線技術(shù)是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一,利用軟件無(wú)線電來(lái)實(shí)現(xiàn)智能天線,可以提高智能天線的性能。各種信號(hào)處理軟件是軟件無(wú)線電關(guān)鍵,應(yīng)積極探索新的算法為更好的解決多頻多模問(wèn)題鋪平道路??梢钥闯鲕浖o(wú)線電技術(shù)在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用是非常廣泛的,而且只有軟件無(wú)線電技術(shù)才能解決第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的多頻多模手機(jī)與基站問(wèn)題。
3 第三代移動(dòng)通信中的軟件無(wú)線電的新進(jìn)展
第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)是一個(gè)極富挑戰(zhàn)性與創(chuàng)造性的未來(lái)標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)想,而軟件無(wú)線電技術(shù)是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一,故世界各國(guó)都投入巨大的力量研究軟件無(wú)線電技術(shù)在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用,推動(dòng)了軟件無(wú)線電的發(fā)展。特別是近幾年來(lái),軟件無(wú)線電的體系結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了一個(gè)些新的發(fā)展趨勢(shì)。
3.1 體系結(jié)構(gòu)分層化與軟件模塊化
軟件無(wú)線電采用開(kāi)放式的模塊化的即插即用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),大大增強(qiáng)了第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的靈活性、重用性。這與以往的無(wú)線電臺(tái)有本質(zhì)的區(qū)別,但僅是采用此結(jié)構(gòu)還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是非常復(fù)雜的,為了減小軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,軟件無(wú)線電需要按層或級(jí)的方式來(lái)組織。
3.2 軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)分析化
當(dāng)軟件無(wú)線電經(jīng)歷從研究到實(shí)用的轉(zhuǎn)變時(shí),建立軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)的可證明特性越來(lái)越重要。如雖然用CORBA技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)軟件的模塊化,大大提高了軟件的可重用性,但是由于缺乏數(shù)學(xué)分析對(duì)存儲(chǔ)器、緩存空間與處理資源的量化,很難講出一個(gè)軟件模塊的數(shù)據(jù)吞吐、
響應(yīng)時(shí)間及其它關(guān)鍵要求。當(dāng)重用自己軟件 庫(kù)中或第三方的軟件時(shí),可能存在系統(tǒng)性能下降,甚至系統(tǒng)崩潰,需要用數(shù)學(xué)模型來(lái)刻劃快速涌現(xiàn)的技術(shù)。利用拓?fù)鋵W(xué)來(lái)研究軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu),提高了即插即用結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和有效重用。
3.3 面向?qū)ο蠡?/p>
第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)面向的是個(gè)人服務(wù)。因而第三移動(dòng)通信系統(tǒng)中的軟件無(wú)線電技術(shù)需要面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)是一種很有效的設(shè)計(jì)方法。軟件無(wú)線電具有很強(qiáng)的靈活性,使對(duì)象具有很強(qiáng)的選擇性,因此其功能的設(shè)計(jì)應(yīng)面向?qū)ο蟆?/p>
3.4 認(rèn)知化、智能化
為了更好地為個(gè)人服務(wù),最近提出了認(rèn)知無(wú)線電認(rèn)知軟件無(wú)線電是指無(wú)線電的內(nèi)部工作狀態(tài)是可知的,通過(guò)無(wú)線電知識(shí)描述語(yǔ)言與網(wǎng)絡(luò),針對(duì)無(wú)線規(guī)則進(jìn)行智能交流,并采用支持關(guān)于用戶需要的自動(dòng)推理的方式,更好地為個(gè)人通信服務(wù)。
3.5 計(jì)算機(jī)化
軟件無(wú)線電計(jì)算機(jī)化可以為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)提供更強(qiáng)的靈活性、網(wǎng)絡(luò)性與良好的人機(jī)界面。計(jì)算機(jī)化是指軟件無(wú)線電需要與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合。軟件無(wú)線電的特征之一是實(shí)現(xiàn)模塊化。模塊化是建立在總線結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上。軟件無(wú)線電采用了總結(jié)結(jié)構(gòu),使得無(wú)線通信系統(tǒng)中各功能部件之間的相互關(guān)系變?yōu)槊嫦蚩偩€的單一關(guān)系。這樣使無(wú)線通信產(chǎn)品易于實(shí)現(xiàn)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用性。PC機(jī)的發(fā)展速度很快,功能強(qiáng)大,用PC機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制與軟件編程將使軟件無(wú)線電的技術(shù)更加快速發(fā)展。
3.6 網(wǎng)絡(luò)化、信息安全化
Internet的出現(xiàn)給人們提供了一種特殊的媒介,這種媒介有別于書(shū)籍、雜志和電影,因?yàn)镮nternet比它們更快,更方便。Internet又有別于廣播、報(bào)刊與電視。因?yàn)樗梢栽谟脩粜枰臅r(shí)候隨時(shí)為用戶提供服務(wù)。社會(huì)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及生活水平的提高使得人們對(duì)信息的需求越來(lái)越迫切。同樣,無(wú)線用戶、移動(dòng)用戶急切需要通過(guò)無(wú)線通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)相連。因而在軟件無(wú)線電體系結(jié)構(gòu)中增加網(wǎng)絡(luò)模塊是不可避免的。信息安全不僅在軍事應(yīng)用中非常重要,而且在民用中也越來(lái)越重要。它提供鑒權(quán),防止欺騙;提供數(shù)據(jù)流加密,防止破譯。
關(guān)鍵詞:軟件無(wú)線電 集群通信系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 現(xiàn)狀
中圖分類號(hào):TN915 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2015)02(b)-0018-01
軟件無(wú)線電技術(shù)在我國(guó)出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代,它是我國(guó)移動(dòng)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(wú)線電
1.1 定義
軟件無(wú)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(hào)處理技術(shù)來(lái)取代集成電路,從而實(shí)現(xiàn)無(wú)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(hào)數(shù)字化,重構(gòu)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字遠(yuǎn)程通信的技術(shù)。
1.2 概述
軟件無(wú)線電起源于美國(guó)軍事,作為美國(guó)國(guó)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(guó)為了索馬里戰(zhàn)爭(zhēng)的長(zhǎng)線作戰(zhàn)需要,通過(guò)美國(guó)國(guó)內(nèi)的MILTRE公司,在美國(guó)的國(guó)家遠(yuǎn)程系統(tǒng)會(huì)議上提出了以軍事技術(shù)為適用基礎(chǔ)的軟件無(wú)線電概念,它主要服務(wù)于美軍三軍的多頻段多功能無(wú)線通信,并提供多個(gè)軍用電臺(tái),是美軍作戰(zhàn)必不可少的通訊手段。軟件無(wú)線電技術(shù)的出現(xiàn),取代了傳統(tǒng)的通信電臺(tái),節(jié)約了通信方面的開(kāi)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(lái)實(shí)現(xiàn)多功能的智能化無(wú)線電通信設(shè)備,它能夠使通用的硬件平臺(tái)更加標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化并增加其開(kāi)放性。它的出現(xiàn)讓A/D和D/A轉(zhuǎn)換器無(wú)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(shí)度。某種意義上講,軟件無(wú)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(wú)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(huì)發(fā)展的節(jié)奏和方向。
(1)靈活性。
由于軟件無(wú)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(wú)線電技術(shù)可以靠改變和增加軟件模塊來(lái)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(guó)內(nèi)外電臺(tái)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(yíng)開(kāi)支具備了相當(dāng)高的可控制性。
(2)開(kāi)放性。
軟件無(wú)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(kāi)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(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)
其實(shí),軟件無(wú)線電的發(fā)展方向就是個(gè)人計(jì)算機(jī)平臺(tái),因?yàn)槟壳暗能浖o(wú)線電技術(shù)已經(jīng)具備了標(biāo)準(zhǔn)化、軟驅(qū)動(dòng)、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(tái)結(jié)構(gòu)、可實(shí)施的軟件數(shù)字信號(hào)處理功能和多頻段的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化過(guò)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(wú)線電技術(shù)來(lái)說(shuō),還有許多提升空間,要解決的問(wèn)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(wú)線電系統(tǒng)應(yīng)該能做到全部無(wú)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(tái)天線不能通用。在這方面,美國(guó)在近年來(lái)已經(jīng)研制出適用于不同頻段電臺(tái)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(lái)通信技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)新名詞,它也是移動(dòng)通信系統(tǒng)的一個(gè)重要分支。在通信過(guò)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(hào)無(wú)線電對(duì)講系統(tǒng)已經(jīng)被數(shù)字信號(hào)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(hào)發(fā)射接收臺(tái)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)。
2.2 基于軟件無(wú)線電技術(shù)的數(shù)字集群系統(tǒng)應(yīng)用
按照我國(guó)集群通信的常用頻率800MHz為例,我國(guó)在頻段中已經(jīng)建設(shè)了超過(guò)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(wú)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(guó)的安全事業(yè)提供了可靠的保障。而隨著現(xiàn)今社會(huì)的快速發(fā)展和軟件無(wú)線電技術(shù)的不斷進(jìn)步,已經(jīng)有越來(lái)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(wú)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(wú)線電的集群通信系統(tǒng)應(yīng)用基站
按照集群移動(dòng)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(wú)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(hào)變?yōu)樽冾l信號(hào),把高頻段信號(hào)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(hào)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(huì)達(dá)到45MHz左右,這種高速的A/D既能夠滿足大動(dòng)態(tài)范圍的通信要求,也能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)12位A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)采樣頻率的轉(zhuǎn)化。目前我國(guó)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(yǔ)
我國(guó)目前軟件無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展也會(huì)受制約于移動(dòng)通信基站中頻段和制式的變化,這涉及到硬件平臺(tái)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(wú)線電技術(shù)的數(shù)字集群系統(tǒng)對(duì)我國(guó)通信事業(yè)來(lái)說(shuō)任重道遠(yuǎn)。
參考文獻(xiàn)
[1] 孫蓓雄.基于軟件無(wú)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.
[關(guān)鍵詞]無(wú)線電 調(diào)試 技術(shù)研究
中圖分類號(hào):TP411 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-914X(2016)10-0281-01
無(wú)線電調(diào)試技術(shù)指的是一種近年研發(fā)的高科技新型無(wú)線電技術(shù),因?yàn)闊o(wú)線電技術(shù)水平的不斷增高,因此該技術(shù)也被運(yùn)用于更多的領(lǐng)域。在無(wú)線電技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天,無(wú)線電調(diào)試技術(shù)自然也會(huì)更多地受到人們的重視,逐漸發(fā)展成一個(gè)新興的技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
一、無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展史
人類最開(kāi)始使用無(wú)線電技術(shù),只是利用了該技術(shù)中長(zhǎng)波段的那一環(huán)節(jié),這是因?yàn)殚L(zhǎng)波段的無(wú)線電在同地面之間產(chǎn)生接觸的過(guò)程中引發(fā)感應(yīng)產(chǎn)生的電流極小。因此,在無(wú)線電進(jìn)行傳導(dǎo)的過(guò)程之中所產(chǎn)生的能量損失微乎其微,并且長(zhǎng)波段能夠有效避開(kāi)較為高大的障礙物。但是必須要知道的是,長(zhǎng)波段盡管有很多的優(yōu)點(diǎn),但是發(fā)射長(zhǎng)波所需要的設(shè)備往往體積很大,需要投入大量的人力、物力、財(cái)力進(jìn)行管理維護(hù)。并且這些設(shè)備自身的信息儲(chǔ)存量十分有限,所以為了可以增強(qiáng)無(wú)線電技術(shù)的工作效率,相關(guān)科技研發(fā)人員便開(kāi)始著手無(wú)線電傳輸中的短波進(jìn)行研究,使用短波技術(shù)。相關(guān)科研人員發(fā)現(xiàn),利用短波進(jìn)行無(wú)線電信息傳輸、可以起到比長(zhǎng)波更好的效果。同時(shí)短波設(shè)備的體積還遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于長(zhǎng)波設(shè)備的體積,因此,短波無(wú)線電設(shè)備在管理和維護(hù)上花費(fèi)的人力、物力、財(cái)力要小得多,并且短波設(shè)備便于攜帶,更加方便了人們對(duì)無(wú)線電技術(shù)的使用。所以無(wú)線電技術(shù)在當(dāng)時(shí)的廣播領(lǐng)域有著突出的貢獻(xiàn),但是,無(wú)線電技術(shù)還容易受到氣象因素的影響,例如太陽(yáng)黑子等。這些氣象因素在很大程度上會(huì)將無(wú)線電傳送信息的能力進(jìn)行削弱,同時(shí),隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,短波無(wú)線電的設(shè)備的體積也漸漸跟不上時(shí)代的步伐,直到微波爐誕生,微波技術(shù)開(kāi)始使用于人們的工作和生活的各個(gè)領(lǐng)域?,F(xiàn)在看來(lái),微波技術(shù)與光頻技術(shù)之間極為相似,微波在進(jìn)行信息傳遞時(shí)是呈現(xiàn)出直線軌道狀傳播的,并且不會(huì)受到氣候活動(dòng)等外界干擾的影響,并且可以突破地球的電離層,通過(guò)中轉(zhuǎn)站和通信衛(wèi)星將信息傳送至指定的位置。
二、無(wú)線電技術(shù)在中國(guó)的使用
從我國(guó)國(guó)情出發(fā),無(wú)線電技術(shù)在我國(guó)有著非常廣闊的應(yīng)用空間。觀察無(wú)線電技術(shù)的性質(zhì),在科學(xué)上定義為遠(yuǎn)距離信息的傳遞技術(shù)。顧名思義,無(wú)線電技術(shù)能夠在很長(zhǎng)的一段距離范圍中完成信息的傳遞工作,從而形成遠(yuǎn)距離人與人之間的相互交流。不僅如此,以當(dāng)下的科技水平,無(wú)線電技術(shù)還可以有信息辨別作用,因此,在人們的日常生活和工作中,往往會(huì)利用無(wú)線電技術(shù)研發(fā)出很多相關(guān)的裝置,并利用無(wú)線電裝置可以辨別物體的特性,判定人物的身份。除了上述功能之外,無(wú)線電技術(shù)還可以用于數(shù)據(jù)的傳送,人類首先開(kāi)始使用無(wú)線電技術(shù)同樣是發(fā)現(xiàn)其可以傳送某些數(shù)據(jù),再配合上計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,就更加強(qiáng)化了無(wú)線電技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。在使用無(wú)線電技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí),可以實(shí)現(xiàn)信息從一個(gè)設(shè)備中傳遞到另外一個(gè)設(shè)備當(dāng)中,并且傳遞的過(guò)程當(dāng)中不需要數(shù)據(jù)線等媒介,而是依靠藍(lán)牙等無(wú)線電技術(shù)完成對(duì)訊息準(zhǔn)確快捷的傳遞。整體來(lái)說(shuō),當(dāng)下我國(guó)無(wú)線電技術(shù)適用范圍廣泛,并且前景廣闊,特別是在軍事、生物、電力等多個(gè)方面,在人才供給方面,我國(guó)相關(guān)人才無(wú)線電技術(shù)人才緊缺,不少人抓住這一難得的契機(jī),紛紛參與無(wú)線電調(diào)試這一方面的學(xué)習(xí)。下圖所示即為無(wú)線耳機(jī)的原理示意圖。
三、針對(duì)用具發(fā)射端口的調(diào)試測(cè)驗(yàn)
(一)能量的調(diào)試與測(cè)驗(yàn)
總的來(lái)講,要是根據(jù)不同類別的檢測(cè)測(cè)試無(wú)法達(dá)到相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),那么首先需要做的就是按照能量測(cè)試問(wèn)題加以考核。能量檢測(cè)測(cè)試一般可以使用以下的辦法完成:選取采用一般的能量檢測(cè)測(cè)試技術(shù),依靠前波形成對(duì)已經(jīng)得到的信號(hào)的過(guò)濾工作,并且截取型號(hào)種類相似的信息資源。第一步做法就是改變它的具體數(shù)據(jù)和針對(duì)的模型方式,在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換儀器的作用下,實(shí)現(xiàn)對(duì)信息資源的截取。并且研究和比對(duì)門限值的差距,能量檢測(cè)測(cè)試的方式是一種不關(guān)聯(lián)的檢測(cè)測(cè)試方法,在具體操作的時(shí)候比較簡(jiǎn)單,同時(shí)針對(duì)相位的同步率問(wèn)題沒(méi)有什么數(shù)據(jù)指標(biāo)的剛性需求,當(dāng)其位于很低的信噪比環(huán)境時(shí),會(huì)給能量檢測(cè)測(cè)試所得到的結(jié)果產(chǎn)生一定的約束性,所以一般不會(huì)將能量檢測(cè)測(cè)試使用在直接序列信號(hào)還有擴(kuò)頻信號(hào)的檢驗(yàn)測(cè)試當(dāng)中。
(二)循環(huán)穩(wěn)定特征測(cè)試
如果無(wú)線電在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)有關(guān)的函數(shù)與信號(hào)的平均值都是有規(guī)律的呈現(xiàn)變化,就等于是無(wú)線電信號(hào)周期,即代表有著相對(duì)穩(wěn)定的循環(huán),頻譜的聯(lián)系性表現(xiàn)在非零位置的連續(xù)循環(huán),就代表著存在有主控信息。如果只是存有零循環(huán)位置,則表示頻譜之間存在有關(guān)聯(lián)性,代表著有噪音的產(chǎn)生,主用戶的信號(hào)就不存在。依照相對(duì)應(yīng)循環(huán)體的穩(wěn)定特性的表達(dá),不需要對(duì)首先驗(yàn)證的訊號(hào)進(jìn)行截取,便可直接針對(duì)噪音中的可使用信息進(jìn)行拾取,并將背景噪音的影響調(diào)試到最小化。但因是使用循環(huán)體穩(wěn)定特性的檢查,所涵蓋到的運(yùn)算方法較為繁瑣,因此一定要有很長(zhǎng)的觀察時(shí)間,需要針對(duì)該觀測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行衡量。
(三)匹配濾波器的檢驗(yàn)
第一步是針對(duì)用戶的信息信號(hào)進(jìn)行查驗(yàn),如果信息的真實(shí)性和準(zhǔn)確性存在不足,便會(huì)給接下來(lái)的檢測(cè)結(jié)果帶來(lái)不好的影響。因此,該檢測(cè)為一種關(guān)聯(lián)性實(shí)驗(yàn),進(jìn)行的過(guò)程中必須要相位同步才能保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性,但是在進(jìn)行無(wú)線電數(shù)據(jù)的調(diào)解工作時(shí),一定到信道平衡,時(shí)間點(diǎn)把握一直同步,才會(huì)得出最為準(zhǔn)確的結(jié)果,該種檢測(cè)方法會(huì)產(chǎn)生一定的運(yùn)算量。
四、主用戶在接收端口的檢驗(yàn)
溫度干擾測(cè)試,該測(cè)試主要是在針對(duì)無(wú)線電數(shù)據(jù)傳輸時(shí)干擾到主用戶信息的獲取的原因進(jìn)行預(yù)判,若想避免真實(shí)干擾溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量工作,就要依靠對(duì)主用戶的無(wú)線電發(fā)射系統(tǒng)的準(zhǔn)確信息定位獲得相關(guān)的干擾溫度信息。只需要檢測(cè)到用戶在接收端口的干擾溫度在可以控制的范圍之中,就能夠控制無(wú)線電數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù),進(jìn)行無(wú)線電信息數(shù)據(jù)傳遞的優(yōu)化。針對(duì)監(jiān)測(cè)的頻段,依靠頻譜孔洞就可以順利完成。
干擾溫度指的是主用戶監(jiān)測(cè)到該頻段中的所涵蓋的信息,并就此進(jìn)行推算傳遞的層次,將可能會(huì)讓主用戶的接收端口接受信息出現(xiàn)問(wèn)題,它的計(jì)算公式是:
在該計(jì)算公式當(dāng)中,公式左邊的部分表示無(wú)線電的帶寬在B的頻率當(dāng)中,K代表了波爾滋蔓常數(shù),fc代表了感染頻率的平均大小。如果想要準(zhǔn)確地測(cè)出干擾溫度,就一定要得到主用戶計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正確定位,只要判定出用于產(chǎn)生的干擾溫度在允許的范圍當(dāng)中,那么用戶就能夠自己調(diào)節(jié)相關(guān)的數(shù)據(jù)了。
結(jié)語(yǔ)
因?yàn)闊o(wú)線電的調(diào)試技術(shù)是近幾年以來(lái)才出現(xiàn)的新型無(wú)線電技術(shù),所以一定要放到一個(gè)特殊設(shè)定的環(huán)境之中,才可以實(shí)現(xiàn)它的性質(zhì)特點(diǎn)的檢測(cè)報(bào)告。至于它詳細(xì)的智能優(yōu)化方法,需要聯(lián)系到檢測(cè)所得到的真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析才能得到。同時(shí),按照這個(gè)結(jié)果的鋪墊下開(kāi)展對(duì)接收、發(fā)射相關(guān)無(wú)線電數(shù)據(jù)工作的進(jìn)一步完善。在檢驗(yàn)無(wú)電線工作的過(guò)程當(dāng)中,檢測(cè)頻譜的方式一直是劃分用戶發(fā)射端頻段的重要手段。因此,從頻段、空間還有時(shí)區(qū)這幾個(gè)部分進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)工作,依靠監(jiān)測(cè)頻段中的用戶能否正常進(jìn)行驗(yàn)證審查為主,同時(shí)完成頻譜使用的高效性。除此之外,還能按照當(dāng)下我國(guó)頻譜資源缺乏現(xiàn)狀進(jìn)行有效調(diào)節(jié),所以,無(wú)線電的調(diào)試技術(shù)將會(huì)有很大的發(fā)展前景。
參考文獻(xiàn)
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