地空通信中新一代数字发射机的研究

潘星宇 穆晓敏

【摘要】本文通过论述一种基于软件无线电的新一代数字化发射机，提出了未来民航地空通信国产设备的发展方向。

【关键词】地空通信；软件无线电；多模调制；数字发射机

一、背景与意义

随着我国民航事业的迅猛发展，全国各地正在兴建或准备兴建各种大中小型机场，其中还包括许多通用机场，这就使得我国的地空通信产业也得到了飞速发展。地空通信主要使用的设备为VHF无线通信电台，然而这种设备目前在我国民用航空市场上，仍以国外设备为主，尤其是在一些大型和特大型机场主用的设备几乎100%采用进口设备。

中兴事件给了我们很大的警示，我国的民航通信产业不能过度依赖进口设备，而应以国产设备为主，我们民航部门的最高领导也是这么指示工作的，然而国产化替代进口设备仍然是一个漫长的过程，尤其是目前国产化设备技术仍然显得有些落后，即便是有国家政策的扶持，如果技术功能达不到用户需求，仍然无法替代进口设备，这就使得技术的更新显得尤为迫切。

二、新一代的数字无线发射机

目前国内市场的上的VHF无线通信设备主要以德国的R&S、英国的PAE和意大利的OTE三家为主，它们目前最新的一代设备都已经是全数字化的无线通信电台，兼容多种调制模式，支持VOIP且性能指标优越。而国内目前的三家主要生产VHF无线通信设备的厂家包括成都天奥、北京海格和郑州华航公司，它们的目前市面上的设备仍旧是上一代模拟通信设备，但是数字设备都在加紧研发中，有的已经进入样机试验阶段，有的已经在做VOIP实际试用试验，相信很快国产化的数字无线通信电台也将会进入市场。

上一代的模拟无线通信电台主要以话音通信为主，调制模式单一，一般只有调幅功能，接入内话系统或者PCM机，如果需要远程传输，往往需要借助外部的数字设备进行AD采样，之后才能进行远距离的话音传输。而新一代的数字无线电台则包括了话音和数据两种通信模式，可以兼容AM/MSK/FSK/D8PSK四种调制模式，在话音的远程传输方面，由于支持VOIP，设备可以直接通过以太网进行远程话音传输，而不需要再借助其他设备。

不仅从功能上讲，新一代的数字设备比原有的模拟设备大大丰富了，而且数字设备的性能指标要远远优于模拟设备，尤其是在抗噪声和干扰方面表现得尤为突出。比如话音信号的处理方面，由于上一代模拟设备采用的是模拟电路处理话音的方式，受体积制约且使用起来十分不灵活，而新一代采用的是数字话音处理，不仅对于音频阻带的衰减比模拟设备提高了10dB以上，音频带内不平度也降低了2个dB，且一致性好，还具备抗啸叫等原来没有的功能。

传统的模拟设备，其发射机主要包括功放、电源、发控和频合四个单元所组成，一般由频合产生一个激励源，由发控完成话音处理和功放控制，之后话音信号和激励源在功放的前端进行调制，再通過功放进行放大输出，发射到空中。这些功能大部分都是通过模拟器件和集成度较低的数字集成芯片完成的，电路结构复杂且元器件数量种类繁多，以频合为例，频合还要分为压控振荡器（VCO）、鉴相器、低通滤波器等部分，诸多的分立元器件，会进一步降低设备的可靠性，并且由于硬件实现调制功能，想要兼容多种调制模式，往往需要对硬件进行改造，会进一步增加电路的复杂性和设备的体积。

而新一代的数字设备，发射机只包括电源、功放和调制模块，而调制模块也可以完成解调功能，于是原来模拟设备的接收模块、发控模块和频合模块都可以集成到一个调制解调模块单元里面，集成度大大提高。单纯从发射机的角度分析，新一代的数字设备，调制模块完成话音处理、激励生成和数字调制，送至功放一个已调激励，功放放大输出发射到空中，这其中的绝大多数工作，都是通过软件来完成的。

图1 一个模拟设备发射机和数字设备发射机的对比图

图1中，模拟发射机直接对模拟信号进行处理，大多功能都是通过硬件电路完成的；而数字发射机不仅可以处理模拟话音，还可以处理数字信号，对模拟话音，先进行AD采样，转换为数字信号，之后进行数字处理，将原来需要通过硬件电路完成的复杂功能，全部采用DSP+FPGA的可编程芯片进行软件处理，处理完成后，再进行DA转换，生成模拟信号，之后的过程就和模拟发射机一样了。

通过对比可以看到，模拟发射机和数字发射机最大的区别就是发射机功率放大前的主要功能全部通过软件完成，这样不仅可以减少硬件体积，并且在芯片资源允许的范围内，还可以增加许多功能和算法，以提升设备的指标，另外由于众多的硬件电路全部集成在几片高度集成的芯片中，设备总体的可靠性得到大大提升。

三、结语

以软件无线电为设计思想的新一代数字发射机必将成为未来地空通信的主流，展望未来，功能更加强大，集成度更高的数字发射机必将不断地面世。

参考文献

[1]张津舟.深空通信Ka波段发射机数字化单元的研究[D].北京：中国科学院研究生院，2012.