軟件無線電技術在艦船通信中的應用

瞿雙煒

摘 要 在艦船通信過程中，軟件無線電技術是一種非常重要的技術，能夠有效實現不同信息之間的快速交換，保證艦船通信中信息的傳輸。因此，本文就無線電技術在艦船通信中的應用進行研究，首先分析了無線電數字的接收理論，其次介紹了軟件無線電組成和無線電技術的艦船通信方案，為無線電技術的應用提供參考。

關鍵詞 軟件無線電技術；艦船通信；應用分析

中圖分類號 TP2 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）16-0163-01

眾所周知，不同場合都會有不同的頻段通信信道，這是頻率的特性所為，例如在遠距離通信中，可以利用電離層的反射來實現短波信號的傳輸，而對于艦船來說，由于工作性質的需要，需要通過多部電臺才能實現信號的傳輸。隨著軟件無線電技術的推廣，給艦船通信的傳輸帶來了希望，不但為艦船的通信提供了優質的信息傳輸方案，還快速的實現了不同信息之間的交換，由此可以看出，在艦船通信中，軟件無線電技術發揮著非常重要的作用。

1 軟件無線電技術的相關理論

軟件無線電技術主要包括低通采樣定理理論和帶通采用定理理論。

1.1 低通采樣定理理論

低通采樣定理主要指對一個被限制在（0，fH）范圍內的攜帶s（t）限信號的頻率進行間隔的采樣，在采樣過程中，如果采樣的速率大于fs=2fh，就能得到時間的離散信號s（n）=s（nts），這樣就意味著原來的信號s（t）就會被采樣的離散信號s（n）確定。由此可以看出，低通采樣定理的基礎就在于用時間上離散的采樣值來取代時間上連續的模擬信號，這種定理職能對頻帶在（0，fH）范圍內的信號進行采樣，如果信號頻帶在（fl，fh）尤其是當fh大于信號寬帶B時，這種后端的處理速度就無法滿足高采樣頻率的要求。因此，有了后面的帶通采樣定理。

1.2 帶通采樣定理理論

假如有一個帶限信號s（t）在（fl，fh）之間，如果采樣速率fs滿足公式，用fs間隔采樣的話，那么原來的帶限信號s（t）就能被采樣值準確的確定。如果公式中的n能夠滿足fs>=2（fh-fl）的最大整數時，如0，1，2....，因為為信號的中心頻率，因此公式也可以用表示，如果此公式中的n可以滿足fs>=2B的最大整數時，就能滿足fs=2fh。帶通采樣定理最容易出現的問題就是信號的混亂和重疊，因此不允許在不同的頻帶上同時存在信號。

1.3 中頻帶通采樣結構

中頻帶通采樣結構主要是通過模擬電路將射頻信號，將其調整到中頻的位置。因為中頻的頻帶比較寬，因此可以應用寬帶濾波器來對中頻的信號進行濾波，并將其應用到無線電的通信系統中。而且中頻帶通采樣結構采用了A/D高速的轉換器，這種轉換器不會受到中頻帶寬的限制，后續的數字信號處理器性能也很好，由此可以看出中頻帶通采用結構比較復雜，靈活性較差，但是其優勢就在于高速A/D轉換器不受性能的制約，因此是被應用最廣的軟件無線電結構。

2 軟件無線電的組成分析

軟件無線電主要有A/D轉換器、數字信號處理器、射頻前端以及相關軟件等組成，在應用過程中，一定要保證天線覆蓋的頻段要盡可能足夠的寬，由射頻前端中的濾波、變頻功能來實現其信號的傳輸。在接收信號時，由射頻前端的射頻方式來對數字進行轉換，而且軟件無線電的A/D轉換器的帶寬和采樣速率也要一定的高，這樣才能有效提高傳輸的動態范圍。

軟件無線電在結構方面大致可以分為，寬帶中頻帶通、射頻帶通以及射頻低通等數字化結構。其中射頻低通數字化結構應用最廣，其結構比較簡單，而且還可以模擬電路的數量，當天線進入信號后，信號會通過濾波得到放大，然后再通過A/D轉換器來實現數字轉換，這種數字化結構不但對A/D轉換器的速度、范圍、以及后續的ASIC處理速度和DSP處理速度都要求非常的高。并且這種結構跟低通結構不同，其是應用了寬帶較窄的濾波器來對處理帶寬，并對其進行采樣，所以說對A/D轉換器以及DSP處理器的處理速度都有著非常高的要求。而寬帶中頻帶通采樣無線電結構應用了超外差體制和多次混頻體制，也就是說在中頻帶帶寬的基礎上，通過軟件的方式來實現對所有功能的解調，這種結構對于各個器件性能的要求都比較低，因此也應用比較廣，但是其在靈活性和擴展性方面，明顯不足。

3 軟件無線電技術在艦船通信中的應用

在艦船通信中，應用軟件無線電技術就是要將通信需求進行實時的傳遞，因此在應用過程中，要研制一些多頻段、多模式以及多功能的電臺，以此來保證有效的調制FM、AM以及PSK等頻道，從而獲得定頻功能和擴頻通信。并且軟件無線電技術中的參數測量、信號搜索、以及頻譜監視等功能，還可以找出理想中的頻段，來完成信息的傳遞，同時還能實現對這些頻譜的管理。而且為了有效的降低技術風險，提高芯片的支撐性，先要實現基于寬帶中頻采樣的無線電結構，這種無線電結構的工作頻率為1.5MHz～5.12MHz，信號樣式為AM、FM、FSK、PSK以及SSB，而通信方式則為跳頻、定頻以及數據鏈。在基于軟件無線電技術的艦船通信方案中，需要實現以下關鍵性的技術。

3.1 小型化的寬帶動態射頻前端技術

這種技術應用了中頻帶軟件無線電技術，頻段比較寬，可以允許多個信號的同時存在。因此，這種技術主要做好RF-IF模塊動態范圍的擴大，這樣才能有效的保證信號不會受到影響，保證其正常接收。

3.2 高速的A/D轉換技術

在信號傳輸中，A/D轉換技術主要來處理信號，因此其轉換水平直接影響著信號的傳輸性能。而且在數據采集中，不但要對輸入的帶寬和動態范圍的數據進行采集，還要保證采集的速度滿足電平控制的輸入。

3.3 高速信號處理技術

在艦船通信中，高速信號處理技術是一個核心技術，也是軟件無線電技術設計的關鍵，只有通過軟件來對其進行科學的技術，才能有效地保證信號的高速處理功能。

3.4 軟件算法設計

在應用軟件無線電技術中，軟件算法技術也是一項非常重要的技術，其可以有效保證信號的傳輸和處理。只有在應用過程中，設計出高效、簡潔的軟件架構才能高速的實現信號的傳輸和處理。

4 結論

綜上所述，隨著我國無線電技術的快速發展，軟件無線電也得到了飛速的發展，其被應用的范圍越來越廣。本文以艦船通信為例，對軟件無線電技術的應用進行了研究，以此來得出了通過軟件無線電的科學設計，可以高校、安全的實現艦船通信中信號的傳輸。軟件無線電技術中，高速的A/D轉換技術、高速信號處理技術、以及寬帶動態射頻前端技術都有效的保證了艦船通信中信號安全、順利以及高效的傳輸，由此可以看出軟件無線電技術的重要性。

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