鐵路無線通信中軟件無線電的應用分析

孫路軍

【摘要】 本文對軟件無線電在鐵路電臺通信中的應用和實現(xiàn)進行了闡述，并對鐵路通信特點進行掌握，在信號傳輸過程中采用感應方式，在手法處理中采用全雙工的方式，對原來存在的各種模擬鐵路電臺、例如調(diào)順、調(diào)幅電臺進行了兼容，這樣能對各種電臺模式間進行切換，希望具有借鑒意義。

【關鍵詞】 鐵路無線通信 軟件無線電 應用分析 數(shù)字信號處理

無線通信中存在著諸如多種通信體系、各種標準并存、缺乏頻率資源的問題，無線個人通信系統(tǒng)在發(fā)展過程中新系統(tǒng)逐漸出現(xiàn)，其生存周期縮短，過去的無線通信因為主要對硬件充分應用，導致其難以跟上時代，所以軟件無線電就此產(chǎn)生，其基本概念是在無線通信平臺中對硬件作為主要方式，多使用具有個人通信功能的軟件，保證軟件也具有無線通信新系統(tǒng)，軟件無線電在技術上將A/D和D/A變換器向射頻端進行靠攏，充分應用寬帶天線和多頻段天線，A/D變換將在中頻頻段中進行，應用可編程數(shù)字軟件來進行處理，這個體系在結(jié)構上非常通用，能對以上問題進行充分解決，保證無線通信系統(tǒng)能夠在頻段、用戶和體制上能夠具有多樣性。這種系統(tǒng)的實現(xiàn)需要非常高性能的寬帶天線、A/D變換器、數(shù)字信號處理器和通用CPU，目前的個人通信系統(tǒng)其硬件平臺的處理能力很高，能夠博愛恒對不同軟件進行應用保證功能和服務更加豐富。

一、軟件無線電介紹

關于其體系結(jié)構特點如圖1所示，其和過去無線電系統(tǒng)結(jié)果區(qū)別是A/D和D/A趨近RF端，從過去的基帶移動到中頻位置，完成采樣工作。另外在對A/D前和D/A后進行處理中采用的DSP/CPU更加高速。在微電子技術的發(fā)展過程中，數(shù)字器件性能得到了提升，數(shù)字無線電得到發(fā)展，然而軟件無線電和數(shù)字無線電概率具有不同，因為A/D和D/A趨近RF端只能保證軟件無線電形成，其真正目的是用是器件編程能力強取代數(shù)字電路能夠帶來很多優(yōu)勢。軟件無線電工作模塊有處理信道、管理環(huán)境和在線/離線工具三個部分，信道頻段頻程形狀更加均勻、耗損更低，其接口也能為不同業(yè)務提供方便，比特流的數(shù)據(jù)信號能夠利用基帶處理進行調(diào)制和解調(diào)，能夠?qū)顾ヂ浜涂垢蓴_進行計算，因為基帶寬帶和調(diào)制波形的變化，所以其復雜程度不統(tǒng)一，比特流處理主要做前后糾錯處理，之后通過軟件解碼來對數(shù)字話音和數(shù)據(jù)進行信源編解碼處理，在環(huán)境管理模塊中對頻率、時間、空間特征等進行用來對無線電環(huán)境進行表征。軟件無線電目的是保證通信系統(tǒng)能不受硬件限制，如果系統(tǒng)結(jié)構穩(wěn)定可以采用軟件實現(xiàn)，在系統(tǒng)改進和升級過程中，其成本更小，更加便捷，能保證系統(tǒng)之間的兼容性。

二、感應通信技術

利用27.5接觸網(wǎng)作為波導線，采用無線-有線-無線方式保證前后機車協(xié)調(diào)操縱同步運行對講，保證了機車、車站和調(diào)度三者間的無線調(diào)度，對隧道和山道間的無線通信問題進行了有效解決。感應通信在傳播上不僅靈活而且場強分布具有自己特點，其沿著感應線鏈狀分布，在隧道中應用較為穩(wěn)定，難以受到環(huán)境的影響，雖然很多鐵路感應通信電臺采用模擬系統(tǒng)，其性能較好，但是對于通信性能進行提高是最主要工作。鐵路通信感應電臺系統(tǒng)如何達到數(shù)字化、智能化和軟件化，并對軟件設計和智能模塊技術進行應用，保證在不同技術通信環(huán)境下鐵路移動機車感應電臺系統(tǒng)的通信能夠達到相應標準，保證控制調(diào)整更加智能，軟件無線感應電臺傳輸頻段更加靈活，可以按照傳播環(huán)境等自動完成網(wǎng)絡調(diào)整和動態(tài)優(yōu)化工作。

三、感應電臺系統(tǒng)構成

軟件無線電鐵路感應電臺主要是對對感應通信特點進行結(jié)合，軟件無線電技術傳輸頻段更加靈活，信道接入模式較多，速率多樣化，能夠按照網(wǎng)絡傳播環(huán)境做出自動調(diào)節(jié)，這個系統(tǒng)不僅有可靠的硬件平臺，還與實用的軟件體系。這種感應電臺，其性能和技術指標更高、在射頻發(fā)射前和接收后用戶接口采用數(shù)字化處理、其對語音接口進行模擬，語音編碼方式速率為5.3kbps，其數(shù)據(jù)傳輸有備用接口，采用RS232，在數(shù)字調(diào)制中采用4PSK方式，通信更加可靠，對碼流采用糾錯技術，系統(tǒng)能夠抵抗噪聲和干擾，其可靠性更強，其通信方式有兩種，一種是點對多點廣播式，另一種是點對點雙向式，并對原來的模擬AM、FM感應電臺兼容互通性進行了保留，其硬件結(jié)構如圖2所示，其有效帶寬為25KHZ，中心頻率是412.5KHz，其收發(fā)頻道對DSP編程進行自動選擇，可以選擇信道進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，能達到雙向通信的效果。系統(tǒng)主要功能是信源信道編解碼、調(diào)制、協(xié)議和信令處理，可以通過DPS編程完成，軟件系統(tǒng)方面主要采用五個模塊，分別是實時處理模塊、控制分析模塊、線路輸入輸出模塊、終端模塊以及功能選擇模塊等，

四、通信方式

感應通信電信系統(tǒng)主要采用FDD方式，兩個頻段分別作為正反鏈路，防止發(fā)射和接收同時工作過程中信號泄露問題的出現(xiàn)，其頻帶寬度為25kHz，其通道兩個子信道和隔離帶，如圖3所示，分貝用來發(fā)、收信息，每個信道有三個邏輯信道，分別是語言、數(shù)據(jù)和信令，其中信令處于打開狀態(tài)，機車和車站利用信令進行通信控制。

五、采用軟件無線電的數(shù)據(jù)結(jié)構

感應電臺數(shù)據(jù)結(jié)構應對三個層，分別是物理、鏈路和應用，鏈路層在數(shù)據(jù)打包和解包過程中國最為主要，可以分為邏輯鏈路控制子層和介質(zhì)訪問控制子層，采用簡化高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程對數(shù)據(jù)進行打包處理，根據(jù)電臺通信的需要，把其中存著的不用的部分進行刪減。射頻采用橋式電路、帶通濾波器保證信號的收發(fā)兩個程序能夠分開進行，防止干擾的存在，如果發(fā)送功率太大，貴對接收電路造成影響，雖然感應通信系統(tǒng)和其他無線通信系統(tǒng)比起來，其更加穩(wěn)定，但是其存在著一定的波動，主要是因為在火車運行過程中接收電平降低，因為在射頻電路中添加自動增益控制，能夠保證電平的穩(wěn)定性。

六、信號處理

屹接收端的信號處理中，當電臺在接收模式下，其信號會在前端接收放大，通過帶通濾波器送到高速D/A轉(zhuǎn)換器，濾波器的頻率相位和幅度等能夠通過DPS設定和調(diào)整，保證符合信道變化的要求，并在帶通濾波后的模擬信號經(jīng)過帶寬A/D變換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進入DSP。除此之外，還有億發(fā)送端信號處理和役DPS信號處理能力的估計。總之應用軟件無線電概念和系統(tǒng)模型，感應無線電臺能多模式轉(zhuǎn)換，對職能切換，在通信領域中廣泛應用，其實現(xiàn)離不開DPS技術的應用，今后還會更好發(fā)展。

參 考 文 獻

[1]馮博，鄭斐，王麗娜.鐵路應急通信無線傳輸系統(tǒng)中基于軟件無線電的無線中繼設計[J].石家莊鐵路職業(yè)技術學院學報，2010，01：61-65.

[2]唐鵬，魯東旭.無線通信中DSP和軟件無線電技術的應用[J].通信技術，2010，06：224-226.

[3]唐澤鵬，宋威.軟件無線電在鐵路通信中的應用[J].電聲技術，2001，06：45-50.

[4]黃旭.軟件無線電技術在鐵路通信中的應用[J].鐵路計算機應用，2004，08：32-34.

[5]王雪.淺析軟件無線電技術及其在下一代通信系統(tǒng)中的應用[J].天津工程師范學院學報，2006，03：57-60.

[6]謝春童.從軟件無線電到認知無線電的無線通信發(fā)展現(xiàn)狀[J].數(shù)字技術與應用，2015，09：19-20.