軟件無(wú)線(xiàn)電的電磁兼容

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.構造一個(gè)具有開(kāi)放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，將各種功能　如工作頻段，調制解調類(lèi)型，數據格式、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?？梢哉f(shuō)這種無(wú)線(xiàn)電臺是可用軟件控制和再定義的電臺。

軟件無(wú)線(xiàn)電具有如下的特點(diǎn)：

第一、具有很強的靈活性，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?？梢酝ㄟ^(guò)調用不同的軟件，轉換不同的通信方式，實(shí)現與其他無(wú)線(xiàn)電臺的通信，并可作為其他電臺的射頻中繼。

第二、具有極強的開(kāi)放性。軟件無(wú)線(xiàn)電采用標準化、模塊化的結構，其硬件可以隨著(zhù)器件技術(shù)的發(fā)展而更新或擴展。軟件無(wú)線(xiàn)電不僅能和新體制電臺通信還能與舊體制電臺兼容，延長(cháng)了無(wú)線(xiàn)電臺的生命周期。

軟件無(wú)線(xiàn)電的基本結構

軟件無(wú)線(xiàn)電主要由天線(xiàn)射頻前端、寬帶A/D-D/A轉換器、通用和專(zhuān)用數字信號處理器(DSP)以及各種應用軟件組

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)現濾波、放大、下變頻等功能。A/D-D/A轉換器主要是實(shí)現信號的模擬、數碼的互相轉換。數字信號處理器(DSP)主要完成基帶信號和處理，信號的調制解調各種抗干擾、抗衰落、自適用均衡算法的實(shí)現.信號源的編碼、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等調制方式以及PSK、FSK等多種數字調制解調方式。軟件無(wú)線(xiàn)電通信方式的多樣性和系統的復雜性，勢必增加軟件無(wú)線(xiàn)電EMC分析的難度。依靠人工計算的方法進(jìn)行EMC分析已遠遠不能滿(mǎn)足軟件無(wú)線(xiàn)電系統的要求，必須依靠計算機技術(shù)結合軟件無(wú)線(xiàn)電的特點(diǎn)建立EMC軟件分析系統。

軟件無(wú)線(xiàn)電的核心思想是對天線(xiàn)感應的射頻模擬信號盡可能地直接進(jìn)行數字化，將其變換為適合于數字信號處理器或計算機處理的數據流，然后通過(guò)軟件(即對數據進(jìn)行數學(xué)處理)來(lái)完成無(wú)線(xiàn)電臺的各種功能。根據這一特點(diǎn)可知，軟件無(wú)線(xiàn)電數學(xué)模型是軟件、無(wú)線(xiàn)電工程設計以及專(zhuān)用集成電路設計的基礎和前提，也是軟件無(wú)線(xiàn)電理論分析的最佳途徑，那么根據干擾三要素建立軟件無(wú)線(xiàn)電接收機、發(fā)射機數學(xué)模型和電波傳播模型將是EMC分析系統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)信機為例，討論其數學(xué)模型的建立。

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

1.單通道軟件無(wú)線(xiàn)電接收機數學(xué)模型

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

a(n)、w(n)分別為信號的幅度調制分量和相位調制分量，wo為信號(數字)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的特征。而對信號進(jìn)行接收解調的目的實(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)射機數學(xué)模型

任何一種無(wú)線(xiàn)電信號可表示為

s(t)=a(t)cos[2πfot+Ψ(t)]

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

f(t)=dΨ(t)dt

對上式進(jìn)行數字化，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為數字角頻率，對上式進(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)。

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

單通道軟件無(wú)線(xiàn)電收發(fā)信機的數學(xué)模型是最簡(jiǎn)單的軟件無(wú)線(xiàn)電收發(fā)信機數學(xué)模型，實(shí)際應用中包括并行多通道軟件無(wú)線(xiàn)電收發(fā)信機、信道化軟件無(wú)線(xiàn)電收發(fā)信機等，這些數學(xué)模型都是以軟件無(wú)線(xiàn)電收發(fā)信機數學(xué)模型為基礎建立的。

3.電波傳播模型

無(wú)線(xiàn)電波傳播模型主要用于計算傳播損耗，常用的電波傳播模型主要有兩種，一種是基以經(jīng)驗公式的OM模型，另一種是基于統計的Longiy/Rice模型。本文重點(diǎn)介紹在移動(dòng)通信工程設計中廣泛應用的OM模型(okumura模型)。OM模型適用的范圍：頻率100MHz-1 000MHz基地站天線(xiàn)為數30-200M，移動(dòng)站天線(xiàn)為數1-10M，傳播距離1-20KM的場(chǎng)強預測。

電波傳播衰耗中值與工作頻率、通信距離、天線(xiàn)高度、地形特征等存在一定的關(guān)系。OM模型給出了電波傳播的各種衰耗圖表，可對信號中值作出預測。(圖表略)

(1)準平滑地形市區的信號中值

LT=Lbs+Am(f、d)-Hb(hb、d)-Hm(hm、f)

式中，Lbs為自由空間的傳播衰耗

Lbs=32.45+20lgd+201gf

式中Am(f、d)是基本損耗中值

Hb(hb、d)是基地站天線(xiàn)高度的增益因子

Hm(hm、f)是移動(dòng)臺天線(xiàn)高度的增益因子。這三個(gè)數值可由OM模型相關(guān)圖表資料查得。

(2)任意地形地物情況下的傳播衰耗中值：

LA=LT-KT

LT為能平滑地形市區的傳播衰耗中值;

KT為地形地物的修正因子，可由OM模型的相關(guān)圖表查得。

根據電波傳播模型、軟件無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機、接收機數學(xué)模型，以及相關(guān)的頻率、臺站、設備、監測數據庫等。通過(guò)計算機編程分析，可對場(chǎng)強、干擾進(jìn)行預測實(shí)現emc分析。

軟件無(wú)線(xiàn)電概念最早是為軍事通信的互聯(lián)互通問(wèn)題而提出來(lái)的。經(jīng)過(guò)近十年來(lái)的迅速發(fā)展，軟件無(wú)線(xiàn)電己從軍事領(lǐng)域的演示階段發(fā)展成為現代移動(dòng)通信(特別是第三代移動(dòng)通信)的基石。軟件無(wú)線(xiàn)電突破了傳統無(wú)線(xiàn)電臺的局限性可在同一硬件平臺上通過(guò)選用不同的應用軟件改變通信方式，滿(mǎn)足不同環(huán)境不同通信用途的需要。軟件無(wú)線(xiàn)電可以說(shuō)是EMC技術(shù)的發(fā)展和延伸。一方面軟件無(wú)線(xiàn)電能根據不同通信要求主動(dòng)兼容多種通信體制，提高頻譜利用率，另一方面能根據所處電磁環(huán)境的情況，對調制方式，天饋系統等作出選擇調整，提高系統抗干擾能力。軟件無(wú)線(xiàn)電是在一定程度上的積極的電磁兼容。