摘  要： 針對(duì)現(xiàn)有應(yīng)急通信系統(tǒng)調(diào)制模式單一、容易造成通信失效的問題，提出一種基于軟件無線電的應(yīng)急通信系統(tǒng)。分析了應(yīng)急通信系統(tǒng)的系統(tǒng)需求，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，討論了系統(tǒng)所利用到的軟件無線電中的關(guān)鍵技術(shù)。在一個(gè)通用硬件平臺(tái)上，通過調(diào)用相應(yīng)的軟件模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)多種調(diào)制模式的自動(dòng)識(shí)別和調(diào)制解調(diào)。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)具有較高的調(diào)制模式識(shí)別率，有效解決了應(yīng)急事件發(fā)生時(shí)出現(xiàn)的通信失效問題。
關(guān)鍵詞： 軟件無線電；應(yīng)急通信；通用硬件平臺(tái)；自動(dòng)識(shí)別

    當(dāng)自然災(zāi)害、突發(fā)災(zāi)難、大型活動(dòng)等事件發(fā)生時(shí)，對(duì)于事發(fā)地詳情的匯集研究、調(diào)度指揮等，應(yīng)急通信是必不可少的。美國從20世紀(jì)70年代就開始建設(shè)最低限度的應(yīng)急通信網(wǎng)，現(xiàn)在已投入巨資建設(shè)政府專網(wǎng)，并利用Wi-MAX、Wi-Fi等新技術(shù)來提高應(yīng)急通信保障能力；日本已經(jīng)建立起中央防災(zāi)無線網(wǎng)和防災(zāi)互連通信網(wǎng)等應(yīng)急通信保障網(wǎng)絡(luò)[1]。參考文獻(xiàn)[2]介紹了我國針對(duì)應(yīng)急通信系統(tǒng)所做的研究和探討，但與國外的應(yīng)急通信保障體系相比較，我國的應(yīng)急通信保障體系的建設(shè)還有很多不足之處。例如在汶川地震中出現(xiàn)的飛機(jī)失事、煤礦坍塌中巷道通信的中斷等，暴露出現(xiàn)有應(yīng)急通信體系存在的問題——通信失效時(shí)，缺乏變通的手段。當(dāng)通信信道改變時(shí)，工作頻段固定，調(diào)制解調(diào)模式單一，都可能會(huì)引起通信的失效。本文介紹了一種基于軟件無線電的應(yīng)急通信系統(tǒng)，把盡可能多的通信功能用可升級(jí)、可替換的軟件來實(shí)現(xiàn)[3]，提供一種可靠靈活、支持多制式通信、具有較高生存性的通信支撐平臺(tái)，可以較好地解決突發(fā)條件下可能出現(xiàn)的通信失效的問題。
1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)的需求分析
    應(yīng)急通信系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)應(yīng)急狀況的不同類型，迅速、靈活地構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)[4]，在外界條件改變時(shí)應(yīng)避免通信失效，能夠保障通信的有效性和及時(shí)性；應(yīng)急通信系統(tǒng)還要求通信的設(shè)備簡(jiǎn)單且易于操作，并且能夠兼容盡量多類型的通信系統(tǒng)，具有較好的可擴(kuò)展性和較高的生存性。
1.2 系統(tǒng)的詳細(xì)方案設(shè)計(jì)
    對(duì)于突發(fā)事件，受困人員可能遭遇很嚴(yán)重的身體創(chuàng)傷，但對(duì)內(nèi)心的恐懼的安撫也是非常重要的，此時(shí)通過此應(yīng)急通信系統(tǒng)與受困人員不斷地進(jìn)行語音交流，安撫受困人員的心理，獲知受困人員的傷情和所處的環(huán)境狀況，就相對(duì)容易制定出合適的救援方案。借鑒一般通信系統(tǒng)的通信模型，此系統(tǒng)的通信模型設(shè)計(jì)如圖1所示。

    天線感應(yīng)信號(hào)經(jīng)過雙工器后，再進(jìn)行放大、濾波、下混頻后得到中頻信號(hào)。中頻信號(hào)經(jīng)過A/D和DDC后交付給DSP做諸如數(shù)字濾波、調(diào)制類型自動(dòng)識(shí)別、檢波等處理。
    本文提出的基于軟件無線電的應(yīng)急通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案不僅具有廣泛的波形適應(yīng)性，而且所有的通信功能都可以在一個(gè)統(tǒng)一的硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)用相應(yīng)的軟件模塊就可以實(shí)現(xiàn)不同的功能，所以系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案可以較好地滿足應(yīng)急通信系統(tǒng)的需求。
2 系統(tǒng)所利用的關(guān)鍵技術(shù)
    在本文所介紹應(yīng)急通信系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程中，充分利用了軟件無線電平臺(tái)中的關(guān)鍵技術(shù)[3]，對(duì)應(yīng)急通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和調(diào)制解調(diào)樣式的自動(dòng)識(shí)別提供了技術(shù)上的支持。
    在硬件設(shè)計(jì)中采用寬帶多頻段天線和寬帶A/D和D/A技術(shù)。軟件無線電要求將A/D和D/A盡量靠近天線[6]，盡可能地將模擬和數(shù)字邊界移至射頻段。在通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)時(shí)，用DSP技術(shù)代替ASIC，可通過軟件實(shí)現(xiàn)編碼、調(diào)制、均衡和脈沖形成等基本功能；另一方面，系統(tǒng)可重新編程，以保證在多種標(biāo)準(zhǔn)下運(yùn)行。
    在以下的系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)過程中，充分利用上述關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，來實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)制解調(diào)樣式的自動(dòng)識(shí)別。
3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
    該系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)思想是建立一種通用的硬件平臺(tái)，而通信功能的實(shí)現(xiàn)盡可能多地通過調(diào)用不同的軟件模塊來實(shí)現(xiàn)。具體的硬件模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

    系統(tǒng)的發(fā)射部分采用數(shù)字上變頻器AD9857和可編程放大器AD8321。接收部分首先利用下混頻芯片MAX2680將收到的放大電信號(hào)與本振信號(hào)混頻，采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD6640轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)[7]。核心部分采用DSP芯片進(jìn)行控制，實(shí)驗(yàn)選用的DSP是TI公司的TMS320VC5402。為提高實(shí)時(shí)處理能力，在DSP芯片和AD9857芯片之間增加一片型號(hào)為IDT72V225的FIFO芯片作為采樣數(shù)據(jù)的緩存。
     本文的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基于軟件無線電技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)多制式調(diào)制解調(diào)，增加了系統(tǒng)的靈活性和健壯性，在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，可以較好地保障通信的有效性。
4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思想
    本文介紹基于軟件無線電的應(yīng)急通信系統(tǒng)具有軟件可編程的靈活性，把對(duì)信號(hào)的分析處理功能設(shè)計(jì)成不同的軟件模塊。軟件模塊主要包括數(shù)字調(diào)制、數(shù)字解調(diào)、調(diào)制類型自動(dòng)識(shí)別、FFT、內(nèi)插、抽取等。
   
    對(duì)于語音信號(hào)，可以采用ASK、FSK等調(diào)制方式[8]。在本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，把調(diào)制解調(diào)算法以軟件的形式存儲(chǔ)于DSP中，根據(jù)自動(dòng)識(shí)別算法的分析結(jié)果，去調(diào)用相應(yīng)的軟件模塊，來實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)的調(diào)制解調(diào)。

4.2 仿真驗(yàn)證
    對(duì)于ASK調(diào)制方式，采用基于內(nèi)插的正交調(diào)制解調(diào)的通用模型，首先對(duì)語言信號(hào)進(jìn)行前期的處理，然后經(jīng)過正交變換，采用基于內(nèi)插的正交調(diào)制的通用模型進(jìn)行調(diào)制，調(diào)用相干解調(diào)或者非相干解調(diào)算法，而解調(diào)算法模塊也是以軟件的形式內(nèi)置于DSP中。對(duì)于每一種調(diào)制解調(diào)方式，取10組信號(hào)，對(duì)所傳輸?shù)耐ㄐ判盘?hào)疊加上帶限高斯白噪聲。在自行設(shè)計(jì)的基于TMS320VC5402的軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)多路通信信號(hào)在CCS仿真軟件中進(jìn)行自動(dòng)調(diào)制模式識(shí)別的計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證。
     由表1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)信噪比為15 dB時(shí)，平均識(shí)別成功率是99.2%，最低識(shí)別成功率是98.7%，說明此應(yīng)急通信系統(tǒng)對(duì)調(diào)制樣式具有較高的自動(dòng)識(shí)別率，可以滿足應(yīng)急通信的系統(tǒng)需求。

    本文在分析了應(yīng)急通信系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，提出了一種基于軟件無線電的應(yīng)急通信系統(tǒng)。借助軟件無線電的設(shè)計(jì)理念，在一個(gè)通用的數(shù)字信號(hào)處理硬件平臺(tái)上，通過調(diào)用相應(yīng)的軟件模塊，可以實(shí)現(xiàn)多種調(diào)制樣式的自動(dòng)識(shí)別，具有較好的靈活性。針對(duì)應(yīng)急通信系統(tǒng)中所傳輸?shù)恼Z音信號(hào)，可以靈活地實(shí)現(xiàn)多制式調(diào)制解調(diào)，解決了現(xiàn)有應(yīng)急通信系統(tǒng)調(diào)制樣式單一、在外界條件改變時(shí)容易出現(xiàn)通信失效的問題。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這種基于軟件無線電的應(yīng)急通信系統(tǒng)對(duì)調(diào)制樣式具有較高的自動(dòng)識(shí)別率，可以滿足應(yīng)急通信的系統(tǒng)需求。如果要改進(jìn)和更新應(yīng)急通信系統(tǒng)的功能，只需對(duì)相應(yīng)的軟件部分進(jìn)行修改即可，而不需要對(duì)硬件平臺(tái)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，這樣就減少了研制資金，縮短了開發(fā)周期。軟件無線電技術(shù)的特點(diǎn)使之成為設(shè)計(jì)應(yīng)急通信系統(tǒng)的一個(gè)重要選擇，對(duì)今后應(yīng)急通信系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的意義。
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