軟件無(wú)線(xiàn)電結(jié)構(gòu)概述及其工程模型的EMC分析

1　軟件無(wú)線(xiàn)電概述

軟件無(wú)線(xiàn)電是1992年由MIL TRE公司首次提出的，它的中心思想是.構(gòu)造一個(gè)具有開(kāi)放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺(tái)，將各種功能如工作頻段，調(diào)制解調(diào)類(lèi)型，數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等用軟件編程來(lái)完成，并使寬帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線(xiàn)，以研制出具有高度靈活性、開(kāi)放性的新一代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)?？梢哉f(shuō)這種無(wú)線(xiàn)電臺(tái)是可用軟件控制和再定義的電臺(tái)。

軟件無(wú)線(xiàn)電具有如下的特點(diǎn)：

第一、具有很強(qiáng)的靈活性，軟件無(wú)線(xiàn)電可以通過(guò)增加軟件模塊來(lái)增加新的通信功能。可以通過(guò)調(diào)用不同的軟件，轉(zhuǎn)換不同的通信方式，實(shí)現(xiàn)與其他無(wú)線(xiàn)電臺(tái)的通信，并可作為其他電臺(tái)的射頻中繼。

第二、具有極強(qiáng)的開(kāi)放性。軟件無(wú)線(xiàn)電采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的結(jié)構(gòu)，其硬件可以隨著器件技術(shù)的發(fā)展而更新或擴(kuò)展。軟件無(wú)線(xiàn)電不僅能和新體制電臺(tái)通信還能與舊體制電臺(tái)兼容，延長(zhǎng)了無(wú)線(xiàn)電臺(tái)的生命周期。

軟件無(wú)線(xiàn)電的基本結(jié)構(gòu)

軟件無(wú)線(xiàn)電主要由天線(xiàn)射頻前端、寬帶A/D-D/A轉(zhuǎn)換器、通用和專(zhuān)用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)以及各種應(yīng)用軟件組成。

軟件無(wú)線(xiàn)電的天線(xiàn)一般要覆蓋比較寬的頻段，要求每個(gè)頻段的特性均勻，以滿(mǎn)足各個(gè)頻段使用的需要，并采用智能化天線(xiàn)技術(shù)。射頻前端在發(fā)射時(shí)主要完成上變頻濾波、功率放大等任務(wù)。接收時(shí)實(shí)現(xiàn)濾波、放大、下變頻等功能。A/D-D/A轉(zhuǎn)換器主要是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的模擬、數(shù)碼的互相轉(zhuǎn)換。數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)主要完成基帶信號(hào)和處理，信號(hào)的調(diào)制解調(diào)各種抗干擾、抗衰落、自適用均衡算法的實(shí)現(xiàn).信號(hào)源的編碼、解碼等。

2　軟件無(wú)線(xiàn)電EMC分析的工程模型

軟件無(wú)線(xiàn)電的工作頻段可覆蓋VHF、UHF等多個(gè)頻段，具備AM、FM、PM等調(diào)制方式以及PSK、FSK等多種數(shù)字調(diào)制解調(diào)方式。軟件無(wú)線(xiàn)電通信方式的多樣性和系統(tǒng)的復(fù)雜性，勢(shì)必增加軟件無(wú)線(xiàn)電EMC分析的難度。依靠人工計(jì)算的方法進(jìn)行EMC分析已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足軟件無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)的要求，必須依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合軟件無(wú)線(xiàn)電的特點(diǎn)建立EMC軟件分析系統(tǒng)。

軟件無(wú)線(xiàn)電的核心思想是對(duì)天線(xiàn)感應(yīng)的射頻模擬信號(hào)盡可能地直接進(jìn)行數(shù)字化，將其變換為適合于數(shù)字信號(hào)處理器或計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)流，然后通過(guò)軟件(即對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理)來(lái)完成無(wú)線(xiàn)電臺(tái)的各種功能。根據(jù)這一特點(diǎn)可知，軟件無(wú)線(xiàn)電數(shù)學(xué)模型是軟件、無(wú)線(xiàn)電工程設(shè)計(jì)以及專(zhuān)用集成電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和前提，也是軟件無(wú)線(xiàn)電理論分析的最佳途徑，那么根據(jù)干擾三要素建立軟件無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)、發(fā)射機(jī)數(shù)學(xué)模型和電波傳播模型將是EMC分析系統(tǒng)軟件的重要工程模型。本文以單通道軟件無(wú)線(xiàn)電收發(fā)信機(jī)為例，討論其數(shù)學(xué)模型的建立。

所謂單通道收發(fā)信機(jī)是指電臺(tái)接收機(jī)在同一時(shí)刻只能接收選擇一個(gè)信道的信號(hào)進(jìn)行接收解調(diào)分析，同理該無(wú)線(xiàn)電臺(tái)的發(fā)射機(jī)在同一時(shí)刻只能發(fā)射一個(gè)選擇的信道信號(hào)進(jìn)行調(diào)解發(fā)射。

1).單通道軟件無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)數(shù)學(xué)模型

任何一種調(diào)制形式的信號(hào)S(n)均可表示為：S(n)=a(n)cos[won+w(n)]

a(n)、w(n)分別為信號(hào)的幅度調(diào)制分量和相位調(diào)制分量，wo為信號(hào)(數(shù)字)載頻或中心頻率。如果用正交分量來(lái)表示則上式為：

S(n)=I(n)cos(won)-Q(n)sin(won)

式中，I(n)=a(n)cos Ψ (n)、Q(n)=a(n)sin Ψ (n)

分別稱(chēng)為信號(hào)的同相分量和正交分量。

載頻wo不含信息，用同相、正交分量即可完全描述給定信號(hào)的特征。而對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收解調(diào)的目的實(shí)際上也就是提取這兩個(gè)正交分量。

2)、單通道軟件無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機(jī)數(shù)學(xué)模型

任何一種無(wú)線(xiàn)電信號(hào)可表示為

s(t)=a(t)cos[2πfot+Ψ(t)]

式中a(t)、Ψ(t)分別表示信號(hào)的幅度調(diào)制信息和相位調(diào)制信息，fo為信號(hào)載頻(中心頻率)，而頻率調(diào)制信息也反映在相位調(diào)制信息中，即:

f(t)=dΨ(t)

dt

對(duì)上式進(jìn)行數(shù)字化，可得：

S(nTs)=a(nTs)cos[2πfonTs+Ψ(nTs)]

式中，Ts=1/fs為采樣間隔，上式可簡(jiǎn)化為：S(n)=a(n)cos[won+Ψ(n)]

式中，wo=2πfonTs為數(shù)字角頻率，對(duì)上式進(jìn)行正交分解：

S(n)=I(n)cos(won)+Q(n)si(won)

式中，I(n)=a(n)cos Ψ (n)，Q(n)=-a(n)sin Ψ(n)。

調(diào)制的方法是根據(jù)調(diào)制方式求出I(n)、Q(n)，然后分別與兩個(gè)正交本振cos(won)、sin(won)調(diào)制相乘并求和，即可得到調(diào)制信號(hào)S(n)。

單通道軟件無(wú)線(xiàn)電收發(fā)信機(jī)的數(shù)學(xué)模型是最簡(jiǎn)單的軟件無(wú)線(xiàn)電收發(fā)信機(jī)數(shù)學(xué)模型，實(shí)際應(yīng)用中包括并行多通道軟件無(wú)線(xiàn)電收發(fā)信機(jī)、信道化軟件無(wú)線(xiàn)電收發(fā)信機(jī)等，這些數(shù)學(xué)模型都是以軟件無(wú)線(xiàn)電收發(fā)信機(jī)數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)建立的。

3).電波傳播模型