閆軍民

國家廣電總局廈門監(jiān)測臺 福建省 廈門市 361008

軟件無線電在廣播電視測向業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

閆軍民

國家廣電總局廈門監(jiān)測臺 福建省 廈門市 361008

本文從各種無線電通信設(shè)備相互難以兼容，不能實現(xiàn)互聯(lián)互通，致使一般測向設(shè)備無法適應(yīng)在不同的環(huán)境下，對不同屬性的目標進行智能化跟蹤探測的需求出發(fā)。介紹了軟件無線電在廣播電視測向業(yè)務(wù)中的應(yīng)用以及目前的軟件無線電測向設(shè)備上取得的成果。

軟件無線電 測向 應(yīng)用

引 言

近年來，廣播電視事業(yè)迅速發(fā)展，給人們的生活帶了極大的方便。但是，當前無線電臺種類繁多，體制不一，頻段不一，用途不一，各種無線電通信設(shè)備相互難以兼容，不能實現(xiàn)互聯(lián)互通，致使一般測向設(shè)備無法適應(yīng)在不同的環(huán)境下，對不同屬性的目標進行智能化跟蹤探測的需求，有一定的局限性。因此，軟件無線電的推出解決了上述難題。

1 軟件無線電的定義

軟件無線電（Software Defined Radio，簡稱SDR）是側(cè)重形容一種嶄新的實現(xiàn)無線通信系統(tǒng)的概念，是數(shù)字無線電技術(shù)的高級形式和抽象化；是采用數(shù)字信號處理技術(shù)，在可編程控制的通用硬件平臺上，利用軟件來定義實現(xiàn)無線電臺的各部分功能；集無線電臺和計算機于一體，采用標準的開放式總線結(jié)構(gòu)，進行模塊化設(shè)計；具有可編程功能和重組能力，實現(xiàn)多信道、多模式工作；使用寬帶智能天線，具有多頻段射頻變換能力；能在不同無線信道之間和各種網(wǎng)絡(luò)之間用作無線網(wǎng)關(guān)，并可靈活地擴展網(wǎng)絡(luò)功能；適應(yīng)不同無線電環(huán)境，具有傳輸安全和信息保密性。

軟件無線電的基本思想是以一個通用、標準、模塊化的硬件平臺為依托，通過軟件編程來實現(xiàn)無線電臺的各種功能，從基于硬件、面向用途的電臺設(shè)計方法中解放出來。把數(shù)字化處理（A/D和D/A變換）盡量靠近天線，主要強調(diào)的是體系結(jié)構(gòu)的開放性和可編程性，通過軟件的更新、升級或硬件模塊的更換，來實現(xiàn)新的功能。由于它能形成各種調(diào)制波形和通信協(xié)議，故還可以與舊體制的各種電臺通信，這大大延長了電臺的使用周期，也節(jié)約了成本開支。

2 軟件無線電的基本結(jié)構(gòu)

軟件無線電主要由天線、射頻前端、高速A/D（D/A）轉(zhuǎn)換器、通用和專用數(shù)字信號處理器、低速A/D（D/A）轉(zhuǎn)換器、各種接口和軟件組成。軟件無線電的天線一般要覆蓋比較寬的頻段，并要求每個頻段的特性均勻，以滿足各種業(yè)務(wù)的需求。例如，可為VHF/UHF視距通信、UHF衛(wèi)星通信，HF通信作為備用通信方式。為便于實現(xiàn)，可在全頻段甚至每個頻段使用幾副天線，并采用智能化天線技術(shù)，自動識別信號，感知空中協(xié)議，并使用相應(yīng)通信協(xié)議，實現(xiàn)全新功能。軟件無線電的結(jié)構(gòu)基本上可以分為三種：射頻低通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)、射頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)和寬帶中頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)。理想的軟件無線電的組成結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 軟件無線電結(jié)構(gòu)框圖

3 軟件無線電的原理

軟件無線電決定性的步驟是將A/D（D/A）變換器盡量向射頻端靠攏，如圖2所示。應(yīng)用寬帶天線和多頻段天線，并將整個中頻頻段作A/D變換，之后整個處理都用可編程數(shù)字器件，特別是軟件來實現(xiàn)。我們可以看出，這樣一個體系結(jié)構(gòu)具有非常大的通用性，可用來實現(xiàn)多頻段、多調(diào)制方式和多址方式，構(gòu)成多體制的通用無線通信系統(tǒng)。

圖2 軟件無線電接收裝置

4 在無線電測向中的應(yīng)用

4.1 測向系統(tǒng)的定義

無線電測向是利用無線電測量設(shè)備測定目標無線電信號的來波方位。無線電測向設(shè)備的作用是對無線電臺（站）進行探測、定位和跟蹤，它的基本原理是通過無線電臺（站）發(fā)射一連串電磁信號，測向設(shè)備接收電波信號并通過精密計算，來判斷無線電臺的示向度和距離等參數(shù)。

4.2 測向的方法

傳統(tǒng)的測向原理在《頻譜監(jiān)測手冊》中提到，通用的測量方法是：幅度比較法、烏蘭韋伯法、愛德考克法、多普勒法和相位干涉儀法等。但每一種的測向方法中，使用的測向設(shè)備大致都是測向天線、測向接收機和測向終端處理機。

4.3 現(xiàn)代軟件無線電測向的原理

快速傅里葉變換需要輸入被分析信號的N個取樣數(shù)據(jù)。因此，能夠?qū)⒖焖俑道锶~變換運用于其中，實現(xiàn)寬帶多信號測向的測向方法應(yīng)當是數(shù)字式的測向方法。所謂數(shù)字式測向方法是指測向接收機里包含有來波方位信息的中頻信息被數(shù)字化，并且根據(jù)接收到的來波的中頻信號的幅度或相位的數(shù)值，按照所采用的測向算法進行數(shù)字運算而求出其到來的方向。寬帶多信號測向是快速傅里葉變換同數(shù)字式測向方法相結(jié)合的產(chǎn)物。在寬帶多信號測向設(shè)備中，首先對寬帶測向接收機的中頻信號實施快速傅里葉變換，其結(jié)果是得到了測向接收機帶內(nèi)各個來波的中頻信號的幅度和相位。然后對每一個來波的這個幅度或相位執(zhí)行所采用的測向算法，求出一個來波的方位。這樣不僅測向準確、靈敏度高，而且建設(shè)費用和維護費用都比較低。

4.4 軟件無線電在測向中的應(yīng)用

隨著無線電事業(yè)的發(fā)展，無線電測向技術(shù)得到了極大的應(yīng)用。在日常無線電干擾查處中，經(jīng)常會用到無線電測向系統(tǒng)來查找干擾源，發(fā)現(xiàn)不明信號。在無線電管理系統(tǒng)中，無線電測向設(shè)備價格昂貴，當單一測向設(shè)備面對多種頻段、多種波形、多種制式的無線電設(shè)備時，依靠傳統(tǒng)的儀器設(shè)備已不能滿足當前各種新型的無線電監(jiān)測和測向的要求，多任務(wù)測向系統(tǒng)與小型監(jiān)測系統(tǒng)的有機組合，可減少測向設(shè)備的數(shù)量。軟件無線電的可編程性可使測向設(shè)備一機多能，實現(xiàn)“小投入、辦大事”的目標，使監(jiān)測與測向設(shè)備的投資比例趨于合理。軟件無線電在小型監(jiān)測站及多任務(wù)監(jiān)測、測向系統(tǒng)中的應(yīng)用，是無線電監(jiān)測網(wǎng)的發(fā)展方向。

有的公司根據(jù)性能和需求進行設(shè)計，如開發(fā)了FFT通道相關(guān)干涉儀測向設(shè)備，以傅里葉變換為基礎(chǔ)的寬帶多信號測向技術(shù)在多種測向方法的設(shè)備中實現(xiàn)，這是數(shù)字信號處理技術(shù)在無線電測向技術(shù)中應(yīng)用所取得的成果。不僅實現(xiàn)同時測量多個信號的方位，并且大大降低了成本。

4.5 軟件無線電測向設(shè)備的成果

HR系列雙（三）信道系統(tǒng)、HR系列單信道單（雙）極化系統(tǒng)都是基于軟件無線電技術(shù)開發(fā)生產(chǎn)的新一代多信道監(jiān)測測向系統(tǒng)，采用的是先進的數(shù)字式雙通道相關(guān)干涉儀測向體制和寬帶及寬/窄帶結(jié)合的監(jiān)測技術(shù)，該技術(shù)已在無線委和廣播電視業(yè)務(wù)中得到應(yīng)用。

HR-51C搬移式監(jiān)測測向系統(tǒng)是成都華日公司基于軟件無線電技術(shù)，按照軍用標準專門設(shè)計出的一種具有便攜/搬移特征的頻譜監(jiān)測站。系統(tǒng)不僅可作為一個普通的搬移站，作為對無線電監(jiān)測特定區(qū)域監(jiān)測工作的加強或補充，而且特別適合于在出現(xiàn)突發(fā)事件情況時，作為野外狀態(tài)下的機動搬移式頻譜監(jiān)測站獨立使用。在廣播電視監(jiān)測全景系統(tǒng)涉及到頻率搜索掃描、信號的分析、場強的測量、頻譜分析特別是無線電測向方面，該系統(tǒng)可方便快速架設(shè)并進入運行狀態(tài)，完成對信號頻率搜索掃描監(jiān)聽、信號參數(shù)測量、錄音重放、場強測量、頻譜分析、無線電測向（選配）、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)傳輸（選配）等任務(wù)。該系統(tǒng)使在廣播電視測向中，更加準確、快捷、高效。

結(jié)束語

軟件無線電測向方法與傳統(tǒng)的測向方法相比，設(shè)備的成本大大降低且測向的性能和效率明顯提高。因此，軟件無線電在無線電監(jiān)測設(shè)備中的應(yīng)用，為無線電管理工作者提供了更強有力的管理工具，是無線電監(jiān)測工作的科技助推器。

審稿人：魏朝輝 內(nèi)蒙古新聞出版廣電局監(jiān)管中心正高級工程師

責任編輯：王學敏

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2096-0751（2017）06-0020-03

閆軍民 國家廣電總局廈門監(jiān)測臺 工程師