作者：蔡賢生

    1  軟件無線電概述

    軟件無線電是1992年由MILTRE公司首次提出的，它的中心思想是.構造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，將各種功能如工作頻段，調制解調類型，數據格式、加密模式、通信協議等用軟件編程來完成，并使寬帶A/D和D/A轉換器盡可能靠近天線，以研制出具有高度靈活性、開放性的新一代無線通信系統。

    可以說這種無線電臺是可用軟件控制和再定義的電臺。

    軟件無線電具有如下的特點：

    第一、具有很強的靈活性，軟件無線電可以通過增加軟件模塊來增加新的通信功能。可以通過調用不同的軟件，轉換不同的通信方式，實現與其他無線電臺的通信，并可作為其他電臺的射頻中繼。

    第二、具有極強的開放性。軟件無線電采用標準化、模塊化的結構，其硬件可以隨著器件技術的發展而更新或擴展。軟件無線電不僅能和新體制電臺通信還能與舊體制電臺兼容，延長了無線電臺的生命周期。

    軟件無線電的基本結構

    軟件無線電主要由天線射頻前端、寬帶A/D-D/A轉換器、通用和專用數字信號處理器(DSP)以及各種應用軟件組成。

    軟件無線電的天線一般要覆蓋比較寬的頻段，要求每個頻段的特性均勻，以滿足各個頻段使用的需要，并采用智能化天線技術。射頻前端在發射時主要完成上變頻濾波、功率放大等任務。接收時實現濾波、放大、下變頻等功能。A/D-D/A轉換器主要是實現信號的模擬、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現.信號源的編碼、解碼等。

    2  軟件無線電EMC分析的工程模型

    軟件無線電的工作頻段可覆蓋VHF、UHF等多個頻段，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。軟件無線電通信方式的多樣性和系統的復雜性，勢必增加軟件無線電EMC分析的難度。依靠人工計算的方法進行EMC分析已遠遠不能滿足軟件無線電系統的要求，必須依靠計算機技術結合軟件無線電的特點建立EMC軟件分析系統。

    軟件無線電的核心思想是對天線感應的射頻模擬信號盡可能地直接進行數字化，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，然后通過軟件(即對數據進行數學處理)來完成無線電臺的各種功能。根據這一特點可知，軟件無線電數學模型是軟件、無線電工程設計以及專用集成電路設計的基礎和前提，也是軟件無線電理論分析的最佳途徑，那么根據干擾三要素建立軟件無線電接收機、發射機數學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線電收發信機為例，討論其數學模型的建立。

    所謂單通道收發信機是指電臺接收機在同一時刻只能接收選擇一個信道的信號進行接收解調分析，同理該無線電臺的發射機在同一時刻只能發射一個選擇的信道信號進行調解發射。

    1.單通道軟件無線電接收機數學模型

    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。假如用正交分量來表示則上式為：

    S(n)=I(n)cos(won)-Q(n)sin(won)

    式中，I(n)=a(n)cosΨ(n)、Q(n)=a(n)sinΨ (n)

    分別稱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。而對信號進行接收解調的目的實際上也就是提取這兩個正交分量。

    2、單通道軟件無線電發射機數學模型

    任何一種無線電信號可表示為

    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，上式可簡化為：S(n)=a(n)cos[won+Ψ(n)]

    式中，wo=2πfonTs為數字角頻率，對上式進行正交分解：

    S(n)=I(n)cos(won)+Q(n)si(won)

    式中，I(n)=a(n)cosΨ(n)，Q(n)=-a(n)sinΨ(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)。

    單通道軟件無線電收發信機的數學模型是最簡單的軟件無線電收發信機數學模型，實際應用中包括并行多通道軟件無線電收發信機、信道化軟件無線電收發信機等，這些數學模型都是以軟件無線電收發信機數學模型為基礎建立的。

    3.電波傳播模型

    無線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，一種是基以經驗公式的OM模型，另一種是基于統計的Longiy/Rice模型。本文重點介紹在移動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-1000MHz基地站天線為數30-200M，移動站天線為數1-10M，傳播距離1-20KM的場強猜測。

    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，可對信號中值作出猜測。(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)是基地站天線高度的增益因子

    Hm(hm、f)是移動臺天線高度的增益因子。這三個數值可由OM模型相關圖表資料查得。

    (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模型的相關圖表查得。

    根據電波傳播模型、軟件無線電發射機、接收機數學模型，以及相關的頻率、臺站、設備、監測數據庫等。通過計算機編程分析，可對場強、干擾進行猜測實現EMC分析。

    軟件無線電概念最早是為軍事通信的互聯互通問題而提出來的。經過近十年來的迅速發展，軟件無線電己從軍事領域的演示階段發展成為現代移動通信(非凡是第三代移動通信)的基石。軟件無線電突破了傳統無線電臺的局限性可在同一硬件平臺上通過選用不同的應用軟件改變通信方式，滿足不同環境不同通信用途的需要。軟件無線電可以說是EMC技術的發展和延伸。一方面軟件無線電能根據不同通信要求主動兼容多種通信體制，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。軟件無線電是在一定程度上的積極的電磁兼容。