地空通信中新一代數(shù)字發(fā)射機的研究

潘星宇 穆曉敏

【摘要】本文通過論述一種基于軟件無線電的新一代數(shù)字化發(fā)射機，提出了未來民航地空通信國產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】地空通信；軟件無線電；多模調(diào)制；數(shù)字發(fā)射機

一、背景與意義

隨著我國民航事業(yè)的迅猛發(fā)展，全國各地正在興建或準(zhǔn)備興建各種大中小型機場，其中還包括許多通用機場，這就使得我國的地空通信產(chǎn)業(yè)也得到了飛速發(fā)展。地空通信主要使用的設(shè)備為VHF無線通信電臺，然而這種設(shè)備目前在我國民用航空市場上，仍以國外設(shè)備為主，尤其是在一些大型和特大型機場主用的設(shè)備幾乎100%采用進口設(shè)備。

中興事件給了我們很大的警示，我國的民航通信產(chǎn)業(yè)不能過度依賴進口設(shè)備，而應(yīng)以國產(chǎn)設(shè)備為主，我們民航部門的最高領(lǐng)導(dǎo)也是這么指示工作的，然而國產(chǎn)化替代進口設(shè)備仍然是一個漫長的過程，尤其是目前國產(chǎn)化設(shè)備技術(shù)仍然顯得有些落后，即便是有國家政策的扶持，如果技術(shù)功能達不到用戶需求，仍然無法替代進口設(shè)備，這就使得技術(shù)的更新顯得尤為迫切。

二、新一代的數(shù)字無線發(fā)射機

目前國內(nèi)市場的上的VHF無線通信設(shè)備主要以德國的R&S、英國的PAE和意大利的OTE三家為主，它們目前最新的一代設(shè)備都已經(jīng)是全數(shù)字化的無線通信電臺，兼容多種調(diào)制模式，支持VOIP且性能指標(biāo)優(yōu)越。而國內(nèi)目前的三家主要生產(chǎn)VHF無線通信設(shè)備的廠家包括成都天奧、北京海格和鄭州華航公司，它們的目前市面上的設(shè)備仍舊是上一代模擬通信設(shè)備，但是數(shù)字設(shè)備都在加緊研發(fā)中，有的已經(jīng)進入樣機試驗階段，有的已經(jīng)在做VOIP實際試用試驗，相信很快國產(chǎn)化的數(shù)字無線通信電臺也將會進入市場。

上一代的模擬無線通信電臺主要以話音通信為主，調(diào)制模式單一，一般只有調(diào)幅功能，接入內(nèi)話系統(tǒng)或者PCM機，如果需要遠程傳輸，往往需要借助外部的數(shù)字設(shè)備進行AD采樣，之后才能進行遠距離的話音傳輸。而新一代的數(shù)字無線電臺則包括了話音和數(shù)據(jù)兩種通信模式，可以兼容AM/MSK/FSK/D8PSK四種調(diào)制模式，在話音的遠程傳輸方面，由于支持VOIP，設(shè)備可以直接通過以太網(wǎng)進行遠程話音傳輸，而不需要再借助其他設(shè)備。

不僅從功能上講，新一代的數(shù)字設(shè)備比原有的模擬設(shè)備大大豐富了，而且數(shù)字設(shè)備的性能指標(biāo)要遠遠優(yōu)于模擬設(shè)備，尤其是在抗噪聲和干擾方面表現(xiàn)得尤為突出。比如話音信號的處理方面，由于上一代模擬設(shè)備采用的是模擬電路處理話音的方式，受體積制約且使用起來十分不靈活，而新一代采用的是數(shù)字話音處理，不僅對于音頻阻帶的衰減比模擬設(shè)備提高了10dB以上，音頻帶內(nèi)不平度也降低了2個dB，且一致性好，還具備抗嘯叫等原來沒有的功能。

傳統(tǒng)的模擬設(shè)備，其發(fā)射機主要包括功放、電源、發(fā)控和頻合四個單元所組成，一般由頻合產(chǎn)生一個激勵源，由發(fā)控完成話音處理和功放控制，之后話音信號和激勵源在功放的前端進行調(diào)制，再通過功放進行放大輸出，發(fā)射到空中。這些功能大部分都是通過模擬器件和集成度較低的數(shù)字集成芯片完成的，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜且元器件數(shù)量種類繁多，以頻合為例，頻合還要分為壓控振蕩器（VCO）、鑒相器、低通濾波器等部分，諸多的分立元器件，會進一步降低設(shè)備的可靠性，并且由于硬件實現(xiàn)調(diào)制功能，想要兼容多種調(diào)制模式，往往需要對硬件進行改造，會進一步增加電路的復(fù)雜性和設(shè)備的體積。

而新一代的數(shù)字設(shè)備，發(fā)射機只包括電源、功放和調(diào)制模塊，而調(diào)制模塊也可以完成解調(diào)功能，于是原來模擬設(shè)備的接收模塊、發(fā)控模塊和頻合模塊都可以集成到一個調(diào)制解調(diào)模塊單元里面，集成度大大提高。單純從發(fā)射機的角度分析，新一代的數(shù)字設(shè)備，調(diào)制模塊完成話音處理、激勵生成和數(shù)字調(diào)制，送至功放一個已調(diào)激勵，功放放大輸出發(fā)射到空中，這其中的絕大多數(shù)工作，都是通過軟件來完成的。

圖1 一個模擬設(shè)備發(fā)射機和數(shù)字設(shè)備發(fā)射機的對比圖

圖1中，模擬發(fā)射機直接對模擬信號進行處理，大多功能都是通過硬件電路完成的；而數(shù)字發(fā)射機不僅可以處理模擬話音，還可以處理數(shù)字信號，對模擬話音，先進行AD采樣，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，之后進行數(shù)字處理，將原來需要通過硬件電路完成的復(fù)雜功能，全部采用DSP+FPGA的可編程芯片進行軟件處理，處理完成后，再進行DA轉(zhuǎn)換，生成模擬信號，之后的過程就和模擬發(fā)射機一樣了。

通過對比可以看到，模擬發(fā)射機和數(shù)字發(fā)射機最大的區(qū)別就是發(fā)射機功率放大前的主要功能全部通過軟件完成，這樣不僅可以減少硬件體積，并且在芯片資源允許的范圍內(nèi)，還可以增加許多功能和算法，以提升設(shè)備的指標(biāo)，另外由于眾多的硬件電路全部集成在幾片高度集成的芯片中，設(shè)備總體的可靠性得到大大提升。

三、結(jié)語

以軟件無線電為設(shè)計思想的新一代數(shù)字發(fā)射機必將成為未來地空通信的主流，展望未來，功能更加強大，集成度更高的數(shù)字發(fā)射機必將不斷地面世。

參考文獻

[1]張津舟.深空通信Ka波段發(fā)射機數(shù)字化單元的研究[D].北京：中國科學(xué)院研究生院，2012.