基于软件无线电技术的数字集群系统研究

杨洪宾

摘 要：数字集群系统产生于20世纪末，它是一种以数字集群通信网络为基础技术平台，为人类提供移动通信服务的智能化系统。目前数字集群系统的核心技术都是基于软件无线电技术所开发的，它也是我国在21世纪通信领域中发展最快的通信技术之一。该文简要的探讨了我国现行的集群通信系统技术，并介绍了基于软件无线电技术的数字集群系统的实际应用。

关键词：软件无线电 集群通信系统 网络技术 现状

中图分类号：TN915 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（b）-0018-01

软件无线电技术在我国出现于20世纪90年代，它是我国移动通信业发展的重要里程碑，因为围绕这种技术为核心的通信体系不但为人们的日常生活提供了便利，也应用于较为专业的通信领域相关行业，是比较大众化的一种通信技术。

1 软件无线电

1.1 定义

软件无线电的核心是宽带A/D和D/A能够最大限度的接近射频端，它是一种利用数字信号处理技术来取代集成电路，从而实现无线通信多功能的通信技术。从理论上讲，它是利用宽带滤波、低噪声放大器等原理将射频信号数字化，重构数字信号进行数字远程通信的技术。

1.2 概述

软件无线电起源于美国军事，作为美国国防部的一种叫做易通话（speakeasy）的战术系统而出现。1992年，美国为了索马里战争的长线作战需要，通过美国国内的MILTRE公司，在美国的国家远程系统会议上提出了以军事技术为适用基础的软件无线电概念，它主要服务于美军三军的多频段多功能无线通信，并提供多个军用电台，是美军作战必不可少的通讯手段。软件无线电技术的出现，取代了传统的通信电台，节约了通信方面的开支，同时也增强了通信技术的互通性与保密性。它的核心思想就是：利用软件的功能多变性和延展性来实现多功能的智能化无线电通信设备，它能够使通用的硬件平台更加标准化、模块化并增加其开放性。它的出现让A/D和D/A转换器无限可能的接近了天线设备，进一步的增强了通信系统的灵敏度和辨识度。某种意义上讲，软件无线电技术的出现重新定义了世界范围内的通信系统。

1.3 特点

软件无线电具有多重特点，这些特点很好的契合了当今信息社会发展的节奏和方向。

（1）灵活性。

由于软件无线电技术的技术基础是软件模块，所以通信系统中的软件无线电技术可以靠改变和增加软件模块来为通信系统增添新的功能。这些模块的兼容性和功能性都极强，可以做到与任何国内外电台进行通信，也可以作为射频中继出现。并且，模块的增减完全取决于使用者的需求，这样做的目的让通信系统的运营开支具备了相当高的可控制性。

（2）开放性。

软件无线电技术使所使用的模块和设计结构都具有开放性。它能够按照通信设备硬件的改变而改变，这为新时代通信领域中硬件的扩展提供了可能性。

1.4 软件无线电的关键技术

其实，软件无线电的发展方向就是个人计算机平台，因为目前的软件无线电技术已经具备了标准化、软驱动、模块化等技术指标，这些指标都极类似于目前的计算机。再者，它的软件硬件平台结构、可实施的软件数字信号处理功能和多频段的数字信号转化过程都类似于目前的计算机技术，同时，它还具有很强的兼容性。但是就目前的软件无线电技术来说，还有许多提升空间，要解决的问题还很多。例如宽带多频段天线的前置放大器和功率放大器。因为理想化下的软件无线电系统应该能做到全部无线通信频段的覆盖，但是由于一些通信设备中内部电阻阻抗的不兼容性，使得不同频段的电台天线不能通用。在这方面，美国在近年来已经研制出适用于不同频段电台的倍频程宽带天线，例如Aadms-Russell公司的AN-400型超宽带叶片状天线，它可以覆盖从30～400MHz的全频段，这种天线不但覆盖面大，而且倍频程宽带功放功能也能很好的优化电路CAD结构。

2 集群通信系统

集群通信系统是近年来通信技术领域中的一个新名词，它也是移动通信系统的一个重要分支。在通信过程中，主叫和被叫所建立的通信链路方便快捷，具有很高的信道利用率，所以它主要应用于专业的通信领域里，集群通信系统的出现，代表了传统模拟信号无线电对讲系统已经被数字信号所代表的集群系统所取代。

2.1 集群通信的基本特征

集群通信技术一般采用共用频率和设备，它能够将各个部门的专有频率进行集中管理，并分配给各部门使用，合理有效的分配了资源。而由于共用频率，也使得各个部门所建设的控制中心和基地信号发射接收台设备也能够集中管理和共享使用。集群通信系统可以覆盖大面积区域，并且能将各个部门的网络互联，做到通信服务的最优化。而除了一些正常的通信业务，集群通信系统也提供气象、地理等信息的预报和实时发布。

2.2 基于软件无线电技术的数字集群系统应用

按照我国集群通信的常用频率800MHz为例，我国在频段中已经建设了超过600个信道，为公安、海关、法院、司法、军队和武警等各个部门所使用。在这些行业领域，由软件无线电技术作为技术支撑的数字集群系统做到了其特有的调度功能和团组呼叫特性，为我国的安全事业提供了可靠的保障。而随着现今社会的快速发展和软件无线电技术的不断进步，已经有越来越多的行业领域将具有这种技术的集群通信系统纳入到了自己的行业应用技术内。

2.3 实际应用所需的前提条件

（1）智能天线技术应用。这种技术应用可以提高系统的频谱利用率，增强保密性并降低基站发射元件的使用成本。

（2）TDD双工方式。它是将上下行共享于同一信道的一种技术操作，它能按照实际情况将信道资源合理分配给不同部门。

（3）软件无线电技术。这是核心技术，它能够优化整个集群通信系统，提高通信的速度反应，增加系统安全性。

3 基于软件无线电的集群通信系统应用基站

按照集群移动通信系统的工作频段、占用带宽、信用间隔等应用指标，并基于软件无线电技术，建立了一套集群通信系统应用基站的接收分系统。它的构造原理是将模拟信号变为变频信号，把高频段信号变为中频，并采用A/D采样数字化进行设计。数字信号的采样频率必须满足：fs≥（r+1）B0。其中B0为中频带宽，r为滤波器矩形系数。当r=2或3时，就可以计算出不同带宽条件下所需的不同采样频率fs。当中频带宽B0较大时，它的采样速率会达到45MHz左右，这种高速的A/D既能够满足大动态范围的通信要求，也能够实现通过12位A/D转换器对采样频率的转化。目前我国最高的通信采样率已经达到65MHz，预计在近几年内将实现14位A/D的200MHz采样率。

4 结语

我国目前软件无线电技术的发展也会受制约于移动通信基站中频段和制式的变化，这涉及到硬件平台的大面积更换与资金的大量消耗，所以如何快速普及基于软件无线电技术的数字集群系统对我国通信事业来说任重道远。

参考文献

[1] 孙蓓雄.基于软件无线电技术的数字集群系统研究[D].南京：南京理工大学，2006.

[2] 孙蓓雄.基于软件无线电技术的数字集群系统研究[J].无锡商业职业技术学院学报，2006，6（3）：21-22.

[3] 孔勇.数字集群通信网络架构和多天线技术的研究[D].北京：北京交通大学，2012.