摘  要： 針對現(xiàn)有應急通信系統(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急通信系統(tǒng)。分析了應急通信系統(tǒng)的系統(tǒng)需求，詳細介紹了系統(tǒng)的軟硬件設計，討論了系統(tǒng)所利用到的軟件無線電中的關鍵技術。在一個通用硬件平臺上，通過調(diào)用相應的軟件模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)多種調(diào)制模式的自動識別和調(diào)制解調(diào)。實驗證明，該系統(tǒng)具有較高的調(diào)制模式識別率，有效解決了應急事件發(fā)生時出現(xiàn)的通信失效問題。
關鍵詞： 軟件無線電；應急通信；通用硬件平臺；自動識別

    當自然災害、突發(fā)災難、大型活動等事件發(fā)生時，對于事發(fā)地詳情的匯集研究、調(diào)度指揮等，應急通信是必不可少的。美國從20世紀70年代就開始建設最低限度的應急通信網(wǎng)，現(xiàn)在已投入巨資建設政府專網(wǎng)，并利用Wi-MAX、Wi-Fi等新技術來提高應急通信保障能力；日本已經(jīng)建立起中央防災無線網(wǎng)和防災互連通信網(wǎng)等應急通信保障網(wǎng)絡[1]。參考文獻[2]介紹了我國針對應急通信系統(tǒng)所做的研究和探討，但與國外的應急通信保障體系相比較，我國的應急通信保障體系的建設還有很多不足之處。例如在汶川地震中出現(xiàn)的飛機失事、煤礦坍塌中巷道通信的中斷等，暴露出現(xiàn)有應急通信體系存在的問題——通信失效時，缺乏變通的手段。當通信信道改變時，工作頻段固定，調(diào)制解調(diào)模式單一，都可能會引起通信的失效。本文介紹了一種基于軟件無線電的應急通信系統(tǒng)，把盡可能多的通信功能用可升級、可替換的軟件來實現(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，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)方案設計
1.1 系統(tǒng)的需求分析
    應急通信系統(tǒng)應根據(jù)應急狀況的不同類型，迅速、靈活地構建通信網(wǎng)絡[4]，在外界條件改變時應避免通信失效，能夠保障通信的有效性和及時性；應急通信系統(tǒng)還要求通信的設備簡單且易于操作，并且能夠兼容盡量多類型的通信系統(tǒng)，具有較好的可擴展性和較高的生存性。
1.2 系統(tǒng)的詳細方案設計
    對于突發(fā)事件，受困人員可能遭遇很嚴重的身體創(chuàng)傷，但對內(nèi)心的恐懼的安撫也是非常重要的，此時通過此應急通信系統(tǒng)與受困人員不斷地進行語音交流，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)的通信模型設計如圖1所示。

    天線感應信號經(jīng)過雙工器后，再進行放大、濾波、下混頻后得到中頻信號。中頻信號經(jīng)過A/D和DDC后交付給DSP做諸如數(shù)字濾波、調(diào)制類型自動識別、檢波等處理。
    本文提出的基于軟件無線電的應急通信系統(tǒng)的設計方案不僅具有廣泛的波形適應性，而且所有的通信功能都可以在一個統(tǒng)一的硬件平臺上實現(xiàn)，通過調(diào)用相應的軟件模塊就可以實現(xiàn)不同的功能，所以系統(tǒng)的設計方案可以較好地滿足應急通信系統(tǒng)的需求。
2 系統(tǒng)所利用的關鍵技術
    在本文所介紹應急通信系統(tǒng)的軟硬件設計和實現(xiàn)過程中，充分利用了軟件無線電平臺中的關鍵技術[3]，對應急通信系統(tǒng)的實現(xiàn)和調(diào)制解調(diào)樣式的自動識別提供了技術上的支持。
    在硬件設計中采用寬帶多頻段天線和寬帶A/D和D/A技術。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)的軟件設計時，用DSP技術代替ASIC，可通過軟件實現(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，以保證在多種標準下運行。
    在以下的系統(tǒng)軟硬件設計過程中，充分利用上述關鍵技術的優(yōu)勢，來實現(xiàn)應急通信系統(tǒng)的設計與調(diào)制解調(diào)樣式的自動識別。
3 系統(tǒng)的硬件設計
    該系統(tǒng)硬件平臺的設計思想是建立一種通用的硬件平臺，而通信功能的實現(xiàn)盡可能多地通過調(diào)用不同的軟件模塊來實現(xiàn)。具體的硬件模塊結(jié)構設計如圖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與本振信號混頻，采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD6640轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號[7]。核心部分采用DSP芯片進行控制，實驗選用的DSP是TI公司的TMS320VC5402。為提高實時處理能力，在DSP芯片和AD9857芯片之間增加一片型號為IDT72V225的FIFO芯片作為采樣數(shù)據(jù)的緩存。
     本文的系統(tǒng)硬件設計基于軟件無線電技術，可實現(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，可以較好地保障通信的有效性。
4 系統(tǒng)的軟件設計
4.1 系統(tǒng)軟件設計思想
    本文介紹基于軟件無線電的應急通信系統(tǒng)具有軟件可編程的靈活性，把對信號的分析處理功能設計成不同的軟件模塊。軟件模塊主要包括數(shù)字調(diào)制、數(shù)字解調(diào)、調(diào)制類型自動識別、FFT、內(nèi)插、抽取等。
   
    對于語音信號，可以采用ASK、FSK等調(diào)制方式[8]。在本系統(tǒng)的軟件設計中，把調(diào)制解調(diào)算法以軟件的形式存儲于DSP中，根據(jù)自動識別算法的分析結(jié)果，去調(diào)用相應的軟件模塊，來實現(xiàn)語音信號的調(diào)制解調(diào)。

4.2 仿真驗證
    對于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，首先對語言信號進行前期的處理，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。對于每一種調(diào)制解調(diào)方式，取10組信號，對所傳輸?shù)耐ㄐ判盘柉B加上帶限高斯白噪聲。在自行設計的基于TMS320VC5402的軟件無線電實驗平臺上進行實驗驗證，對多路通信信號在CCS仿真軟件中進行自動調(diào)制模式識別的計算機仿真驗證。
     由表1的實驗結(jié)果可知，當信噪比為15 dB時，平均識別成功率是99.2%，最低識別成功率是98.7%，說明此應急通信系統(tǒng)對調(diào)制樣式具有較高的自動識別率，可以滿足應急通信的系統(tǒng)需求。

    本文在分析了應急通信系統(tǒng)需求的基礎上，提出了一種基于軟件無線電的應急通信系統(tǒng)。借助軟件無線電的設計理念，在一個通用的數(shù)字信號處理硬件平臺上，通過調(diào)用相應的軟件模塊，可以實現(xiàn)多種調(diào)制樣式的自動識別，具有較好的靈活性。針對應急通信系統(tǒng)中所傳輸?shù)恼Z音信號，可以靈活地實現(xiàn)多制式調(diào)制解調(diào)，解決了現(xiàn)有應急通信系統(tǒng)調(diào)制樣式單一、在外界條件改變時容易出現(xiàn)通信失效的問題。經(jīng)過實驗驗證，這種基于軟件無線電的應急通信系統(tǒng)對調(diào)制樣式具有較高的自動識別率，可以滿足應急通信的系統(tǒng)需求。如果要改進和更新應急通信系統(tǒng)的功能，只需對相應的軟件部分進行修改即可，而不需要對硬件平臺進行重新設計，這樣就減少了研制資金，縮短了開發(fā)周期。軟件無線電技術的特點使之成為設計應急通信系統(tǒng)的一個重要選擇，對今后應急通信系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的意義。
參考文獻
[1] 李文峰，韓小屏.現(xiàn)代應急通信技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2007.
[2] 王海濤.應急通信發(fā)展現(xiàn)狀和技術手段分析[J].電力系統(tǒng)通信，2011，32(2)：1-6.
[3] 楊小牛.軟件無線電技術與應用[M].北京：北京理工大學出版社，2010．
[4] 王海濤，朱震宇，付鷹.應急通信網(wǎng)絡設計及關鍵技術探討[J].指揮信息系統(tǒng)與技術，2010，1(5)：28-33.
[5] LEPPANEN P，REINILA J，NYKANEN A，et al.Software radio-an alternative for the future in wireless personal and  multimedia communications[C].Personal Wireless Communication.IEEE International Conference on，1999.
[6] 張麟兮，趙軍倉，樊紅社，等.軟件無線電中調(diào)制識別與數(shù)字解調(diào)技術[J].計算機測量與控制，2006，14(9)：1241-1243.
[7] BURACCHINI E，CSELT.The software radio concept[J].IEEE Communications Magazine，2000(9)：138-141.
[8] 喻黎霞.軟件無線電中前端數(shù)字下變頻的研究[J].辦公自動化，2009(20)：26-27.