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    軟件無(wú)線電的電磁兼容設(shè)計(jì)

    發(fā)布時(shí)間:2013-03-11 責(zé)任編輯:Lynnjiao

    【導(dǎo)讀】軟件無(wú)線電的中心思想是構(gòu)造一個(gè)具有開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺(tái),使寬帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線,以研制出具有高度靈活性、開放性的新一代無(wú)線通信系統(tǒng)??梢哉f(shuō)這種無(wú)線電臺(tái)是可用軟件控制和再定義的電臺(tái)。

    軟件無(wú)線電的特點(diǎn)

    第一、具有很強(qiáng)的靈活性,軟件無(wú)線電可以通過(guò)增加軟件模塊來(lái)增加新的通信功能??梢酝ㄟ^(guò)調(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)的開放性。軟件無(wú)線電采用標(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)線電臺(tái)的生命周期。

    軟件無(wú)線電的基本結(jié)構(gòu)

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

    軟件無(wú)線電
    圖題:軟件無(wú)線電

    軟件無(wú)線電的天線一般要覆蓋比較寬的頻段,要求每個(gè)頻段的特性均勻,以滿足各個(gè)頻段使用的需要,并采用智能化天線技術(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。

    軟件無(wú)線電emc分析的工程模型

    軟件無(wú)線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)不能滿足軟件無(wú)線電系統(tǒng)的要求,必須依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合軟件無(wú)線電的特點(diǎn)建立EMC軟件分析系統(tǒng)。

    軟件無(wú)線電的核心思想是對(duì)天線感應(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)線電臺(tái)的各種功能。根據(jù)這一特點(diǎn)可知,軟件無(wú)線電數(shù)學(xué)模型是軟件、無(wú)線電工程設(shè)計(jì)以及專用集成電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和前提,也是軟件無(wú)線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。

    單通道軟件無(wú)線電接收機(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。

    單通道軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)數(shù)學(xué)模型

    任何一種無(wú)線電信號(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)線電收發(fā)信機(jī)、信道化軟件無(wú)線電收發(fā)信機(jī)等,這些數(shù)學(xué)模型都是以軟件無(wú)線電收發(fā)信機(jī)數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)建立的。

    電波傳播模型

    無(wú)線電波傳播模型主要用于計(jì)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(yàn)公式的OM模型,另一種是基于統(tǒng)計(jì)的Longiy/Rice模型。本文重點(diǎn)介紹在移動(dòng)通信工程設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用的OM模型(okumura模型)。OM模型適用的范圍:頻率100MHz-1 000MHz基地站天線為數(shù)30-200M,移動(dòng)站天線為數(shù)1-10M,傳播距離1-20KM的場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)。

    電波傳播衰耗中值與工作頻率、通信距離、天線高度、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(duì)信號(hào)中值作出預(yù)測(cè)。(圖表略)

    (1)準(zhǔn)平滑地形市區(qū)的信號(hào)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)是基地站天線高度的增益因子
    Hm(hm、f)是移動(dòng)臺(tái)天線高度的增益因子。這三個(gè)數(shù)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(qū)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(jù)電波傳播模型、軟件無(wú)線電發(fā)射機(jī)、接收機(jī)數(shù)學(xué)模型,以及相關(guān)的頻率、臺(tái)站、設(shè)備、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)等。通過(guò)計(jì)算機(jī)編程分析,可對(duì)場(chǎng)強(qiáng)、干擾進(jìn)行預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)emc分析。

    軟件無(wú)線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)線電己從軍事領(lǐng)域的演示階段發(fā)展成為現(xiàn)代移動(dòng)通信(特別是第三代移動(dòng)通信)的基石。軟件無(wú)線電突破了傳統(tǒng)無(wú)線電臺(tái)的局限性可在同一硬件平臺(tái)上通過(guò)選用不同的應(yīng)用軟件改變通信方式,滿足不同環(huán)境不同通信用途的需要。軟件無(wú)線電可以說(shuō)是EMC技術(shù)的發(fā)展和延伸。一方面軟件無(wú)線電能根據(jù)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(jù)所處電磁環(huán)境的情況,對(duì)調(diào)制方式,天饋系統(tǒng)等作出選擇調(diào)整,提高系統(tǒng)抗干擾能力。軟件無(wú)線電是在一定程度上的積極的電磁兼容。

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