軟件無線電技術(shù)在艦船通信中的應(yīng)用

瞿雙煒

摘 要 在艦船通信過程中，軟件無線電技術(shù)是一種非常重要的技術(shù)，能夠有效實(shí)現(xiàn)不同信息之間的快速交換，保證艦船通信中信息的傳輸。因此，本文就無線電技術(shù)在艦船通信中的應(yīng)用進(jìn)行研究，首先分析了無線電數(shù)字的接收理論，其次介紹了軟件無線電組成和無線電技術(shù)的艦船通信方案，為無線電技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞 軟件無線電技術(shù)；艦船通信；應(yīng)用分析

中圖分類號(hào) TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）16-0163-01

眾所周知，不同場合都會(huì)有不同的頻段通信信道，這是頻率的特性所為，例如在遠(yuǎn)距離通信中，可以利用電離層的反射來實(shí)現(xiàn)短波信號(hào)的傳輸，而對(duì)于艦船來說，由于工作性質(zhì)的需要，需要通過多部電臺(tái)才能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。隨著軟件無線電技術(shù)的推廣，給艦船通信的傳輸帶來了希望，不但為艦船的通信提供了優(yōu)質(zhì)的信息傳輸方案，還快速的實(shí)現(xiàn)了不同信息之間的交換，由此可以看出，在艦船通信中，軟件無線電技術(shù)發(fā)揮著非常重要的作用。

1 軟件無線電技術(shù)的相關(guān)理論

軟件無線電技術(shù)主要包括低通采樣定理理論和帶通采用定理理論。

1.1 低通采樣定理理論

低通采樣定理主要指對(duì)一個(gè)被限制在（0，fH）范圍內(nèi)的攜帶s（t）限信號(hào)的頻率進(jìn)行間隔的采樣，在采樣過程中，如果采樣的速率大于fs=2fh，就能得到時(shí)間的離散信號(hào)s（n）=s（nts），這樣就意味著原來的信號(hào)s（t）就會(huì)被采樣的離散信號(hào)s（n）確定。由此可以看出，低通采樣定理的基礎(chǔ)就在于用時(shí)間上離散的采樣值來取代時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)，這種定理職能對(duì)頻帶在（0，fH）范圍內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行采樣，如果信號(hào)頻帶在（fl，fh）尤其是當(dāng)fh大于信號(hào)寬帶B時(shí)，這種后端的處理速度就無法滿足高采樣頻率的要求。因此，有了后面的帶通采樣定理。

1.2 帶通采樣定理理論

假如有一個(gè)帶限信號(hào)s（t）在（fl，fh）之間，如果采樣速率fs滿足公式，用fs間隔采樣的話，那么原來的帶限信號(hào)s（t）就能被采樣值準(zhǔn)確的確定。如果公式中的n能夠滿足fs>=2（fh-fl）的最大整數(shù)時(shí)，如0，1，2....，因?yàn)闉樾盘?hào)的中心頻率，因此公式也可以用表示，如果此公式中的n可以滿足fs>=2B的最大整數(shù)時(shí)，就能滿足fs=2fh。帶通采樣定理最容易出現(xiàn)的問題就是信號(hào)的混亂和重疊，因此不允許在不同的頻帶上同時(shí)存在信號(hào)。

1.3 中頻帶通采樣結(jié)構(gòu)

中頻帶通采樣結(jié)構(gòu)主要是通過模擬電路將射頻信號(hào)，將其調(diào)整到中頻的位置。因?yàn)橹蓄l的頻帶比較寬，因此可以應(yīng)用寬帶濾波器來對(duì)中頻的信號(hào)進(jìn)行濾波，并將其應(yīng)用到無線電的通信系統(tǒng)中。而且中頻帶通采樣結(jié)構(gòu)采用了A/D高速的轉(zhuǎn)換器，這種轉(zhuǎn)換器不會(huì)受到中頻帶寬的限制，后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理器性能也很好，由此可以看出中頻帶通采用結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，靈活性較差，但是其優(yōu)勢就在于高速A/D轉(zhuǎn)換器不受性能的制約，因此是被應(yīng)用最廣的軟件無線電結(jié)構(gòu)。

2 軟件無線電的組成分析

軟件無線電主要有A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號(hào)處理器、射頻前端以及相關(guān)軟件等組成，在應(yīng)用過程中，一定要保證天線覆蓋的頻段要盡可能足夠的寬，由射頻前端中的濾波、變頻功能來實(shí)現(xiàn)其信號(hào)的傳輸。在接收信號(hào)時(shí)，由射頻前端的射頻方式來對(duì)數(shù)字進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而且軟件無線電的A/D轉(zhuǎn)換器的帶寬和采樣速率也要一定的高，這樣才能有效提高傳輸?shù)膭?dòng)態(tài)范圍。

軟件無線電在結(jié)構(gòu)方面大致可以分為，寬帶中頻帶通、射頻帶通以及射頻低通等數(shù)字化結(jié)構(gòu)。其中射頻低通數(shù)字化結(jié)構(gòu)應(yīng)用最廣，其結(jié)構(gòu)比較簡單，而且還可以模擬電路的數(shù)量，當(dāng)天線進(jìn)入信號(hào)后，信號(hào)會(huì)通過濾波得到放大，然后再通過A/D轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)數(shù)字轉(zhuǎn)換，這種數(shù)字化結(jié)構(gòu)不但對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的速度、范圍、以及后續(xù)的ASIC處理速度和DSP處理速度都要求非常的高。并且這種結(jié)構(gòu)跟低通結(jié)構(gòu)不同，其是應(yīng)用了寬帶較窄的濾波器來對(duì)處理帶寬，并對(duì)其進(jìn)行采樣，所以說對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器以及DSP處理器的處理速度都有著非常高的要求。而寬帶中頻帶通采樣無線電結(jié)構(gòu)應(yīng)用了超外差體制和多次混頻體制，也就是說在中頻帶帶寬的基礎(chǔ)上，通過軟件的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)所有功能的解調(diào)，這種結(jié)構(gòu)對(duì)于各個(gè)器件性能的要求都比較低，因此也應(yīng)用比較廣，但是其在靈活性和擴(kuò)展性方面，明顯不足。

3 軟件無線電技術(shù)在艦船通信中的應(yīng)用

在艦船通信中，應(yīng)用軟件無線電技術(shù)就是要將通信需求進(jìn)行實(shí)時(shí)的傳遞，因此在應(yīng)用過程中，要研制一些多頻段、多模式以及多功能的電臺(tái)，以此來保證有效的調(diào)制FM、AM以及PSK等頻道，從而獲得定頻功能和擴(kuò)頻通信。并且軟件無線電技術(shù)中的參數(shù)測量、信號(hào)搜索、以及頻譜監(jiān)視等功能，還可以找出理想中的頻段，來完成信息的傳遞，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)這些頻譜的管理。而且為了有效的降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高芯片的支撐性，先要實(shí)現(xiàn)基于寬帶中頻采樣的無線電結(jié)構(gòu)，這種無線電結(jié)構(gòu)的工作頻率為1.5MHz～5.12MHz，信號(hào)樣式為AM、FM、FSK、PSK以及SSB，而通信方式則為跳頻、定頻以及數(shù)據(jù)鏈。在基于軟件無線電技術(shù)的艦船通信方案中，需要實(shí)現(xiàn)以下關(guān)鍵性的技術(shù)。

3.1 小型化的寬帶動(dòng)態(tài)射頻前端技術(shù)

這種技術(shù)應(yīng)用了中頻帶軟件無線電技術(shù)，頻段比較寬，可以允許多個(gè)信號(hào)的同時(shí)存在。因此，這種技術(shù)主要做好RF-IF模塊動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)大，這樣才能有效的保證信號(hào)不會(huì)受到影響，保證其正常接收。

3.2 高速的A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)

在信號(hào)傳輸中，A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)主要來處理信號(hào)，因此其轉(zhuǎn)換水平直接影響著信號(hào)的傳輸性能。而且在數(shù)據(jù)采集中，不但要對(duì)輸入的帶寬和動(dòng)態(tài)范圍的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，還要保證采集的速度滿足電平控制的輸入。

3.3 高速信號(hào)處理技術(shù)

在艦船通信中，高速信號(hào)處理技術(shù)是一個(gè)核心技術(shù)，也是軟件無線電技術(shù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，只有通過軟件來對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的技術(shù)，才能有效地保證信號(hào)的高速處理功能。

3.4 軟件算法設(shè)計(jì)

在應(yīng)用軟件無線電技術(shù)中，軟件算法技術(shù)也是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，其可以有效保證信號(hào)的傳輸和處理。只有在應(yīng)用過程中，設(shè)計(jì)出高效、簡潔的軟件架構(gòu)才能高速的實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸和處理。

4 結(jié)論

綜上所述，隨著我國無線電技術(shù)的快速發(fā)展，軟件無線電也得到了飛速的發(fā)展，其被應(yīng)用的范圍越來越廣。本文以艦船通信為例，對(duì)軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了研究，以此來得出了通過軟件無線電的科學(xué)設(shè)計(jì)，可以高校、安全的實(shí)現(xiàn)艦船通信中信號(hào)的傳輸。軟件無線電技術(shù)中，高速的A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)、高速信號(hào)處理技術(shù)、以及寬帶動(dòng)態(tài)射頻前端技術(shù)都有效的保證了艦船通信中信號(hào)安全、順利以及高效的傳輸，由此可以看出軟件無線電技術(shù)的重要性。

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