|
由于無線通信具有設備簡單、便于攜帶、易于操作、架設方便等特點，在軍事通信領域是不可缺的重要通信手段。然而，軍用電臺是根據某種特定的用途而設計的，功能單一，有些電臺的基本結構相似，而信號特征差異很大。例如，工作的頻段不同，調制方式不同，通信協議不同，數字信息的編碼方式、加密方式不同等。電臺之間的這些差異極大地限制了不同電臺之間的互連互通。1992年，MILTRE公司的Jeo Mitola首先明確提出了軟件無線電的概念。其中心思想是：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。 軟件無線電基本結構 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以及各種軟件組成。其結構框圖見圖1。 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。模擬信號進行數字化后的處理任務全由DSP軟件承擔。為了減輕通用DSP的處理壓力，通常把A/D轉換器傳來的數字信號，經過專用數字信號處理器(如數字下變頻器DDC)處理，降低數據流速率，并把信號變至基帶后，再把數據送給通用DSP進行處理。通用DSP主要完成各種數據率相對較低的基帶信號的處理，例如信號的調制解調，各種抗干擾、抗衰落，自適應均衡算法的實現等，還要完成經信源編碼后的前向糾錯(FEC)、幀調整、比特填充和鏈路加密等算法。目前人們對軟件無線電的研究日趨深入細致，理論上已基本成熟，正在進行各種應用的具體實踐。下面主要介紹軟件無線電在軍事通信和電子戰中的典型應用。 軟件無線電在軍事通信中的應用 軟件無線電這個術語最早是美軍為了解決海灣戰爭中多國部隊各軍種進行聯合作戰時所遇到的互通互聯互操作問題而提出來的一個新概念。因為以往的軍事通信裝備無論是工作頻段，還是信息傳輸格式或者是通信體制，陸、海、空三軍均各自為政，互不兼容，導致在聯合作戰時各軍種間無法進行快速溝通、互傳信息情報，結果是名義上的聯合作戰，而實際上只是各軍種的簡單參與，完全形成不了真正意義上的“聯合”，為了解決上述問題，1995年美國國防高級研究設計局(DARPA)提出了SPEAKeasy計劃，稱之為“易通話”計劃。該計劃的最終目的是開發一種能適應聯合作戰要求的三軍統一的多頻段、多模式電臺即MBMMR(Multi-Band Multi-Mode Radio)電臺。MBMMR電臺不僅能與常規的HF、VHF、UHF電臺通信，而且還能與SINC-GARS、Have-QuickⅡ跳頻電臺以及衛星通信終端、Link11數據鏈終端、EPLRS設備等非常規通信裝備進行話音通信和數據或視頻傳輸，同時還能接入民用蜂窩系統，而且還具備GPS定位和定時同步功能。MBMMR電臺的組成框圖如圖2所示。 對于接收過程，首先通過接收信道進行頻率變換，把射頻信號變換為中頻信號，然后進行A/D采樣，把模擬信號變換為數字信號。高采樣率的數字信號首先經過預處理，根據所接收的信號帶寬進行抽取濾波，并形成正交基帶信號，然后送到波形處理器進行解調，得到話音或數據、視頻信息。通過波形處理器得到的解調數據并不馬上送到人機接口單元進行監聽或顯示，而是首先經過信息安全性檢測。信息安全監控單元的作用主要是進行信息加密和解密，并進行身份合法性9鑒定，以確保信息安全。發射過程與接收過程正好相反。另外，這種多頻段多模式電臺除了完成一般的通信電臺的功能外，還可以用作無線網關，即在兩個不同制式的電臺之間起到制式轉換的作用。例如Have-Quick電臺與Link11終端用戶之間的通信就可以通過MBMMR電臺來實現。它首先把Have-Quick的信號接收下來進行解調后，再重新按Link11的波形要求調制到Link11終端用戶的頻率上，并發射出處，反之亦然。 軟件無線電在電子戰中的應用 軟件無線電的概念雖然最早是從通信領域產生并迅速發展起來的，而且目前的研究熱點也在通信領域，但是軟件無線電這種新概念、新思想及其逐步形成的新理論、新技術在電子戰中也有廣闊的應用前景。電子戰的最主要的特點是頻段寬(幾乎覆蓋整個無線頻段)，待處理的信號的種類多，而且是處于被動接收的條件下工作。而且目前的電子戰系統往往都是在已知或者在事先假設的幾種信號樣式下進行工作的，一旦目標信號特征或通信方式發生變化，該系統就無能為力，必須研制開發新的電子站系統來適應這種變化，帶來的后果不僅僅是提高了裝備費用，而且往往會失誤戰機。所以，研究開發一種工作頻段寬，波形適應能力強，可擴展性好，既能適應通信信號，也能適應雷達信號，還能適應導航和敵我識別信號的綜合電子戰系統是現代信息戰爭的必然要求，軟件無線電是解決這一問題的最佳技術途徑。 軟件化電子偵查接收機 所謂軟件化電子偵察接收機是指基于軟件無線電原理而實現的用于對目標信號進行分析識別、特征提取和參數測量，對通信信號還能解調信息的電子戰偵察分析接收機。這種接收機不僅能對各種通信信號(包括衛星通信信號、遙控遙測信號)進行偵察分析，也能對雷達信號、導航信號或者是敵我識別信號進行偵察分析，是一種多頻段、多模式、多功能的電子接收機。這種接收機對波形的適應性要求很高，對信號分析處理的功能要求更強，而且頻帶要求也更寬。其組成框圖如圖3。 圖中A/D之前的分頻段天線、模擬前端電路、模擬中頻變換電路都是為了適應寬頻帶的要求而設置的模擬信號處理環節。0.1MHz"60GHz如此寬的頻段用一個通道來實現顯然是非常困難的，所以在圖中的模擬處理環節畫出了多個通道(多個一中頻)以對應不同的頻段，如0.1MHz"2000MHz，2GHz"4GHz，4GHz"8GHz，8GHz"16GHz，16GHz"30GHz，30GHz"60GHz。空中電磁信號通過天線感應形成電壓被送到模擬前端電路進行濾波、放大和混頻，被變換為一中頻信號。一中頻信號的中頻頻率將根據不同的頻段選取不同的頻率值，以能較好地滿足互調抑制、中頻抑制、鏡像抑制等要求。不同的一中頻信號再經過中頻變換模塊變換為統一的二中頻信號。二中頻之頻率為固定值，二中頻信號被放大到足夠電平后，送到高速A/D進行采樣數字化，高速A/D數據再送到后續的正交數字下變頻單元，進行正交變換和采樣率變換，得到與信號帶寬相適應的正交低速率的數字信號，以便與后續的DSP進行信號特征的提取與分析識別和參數測量，對通信信號則可進行解調偵收。 這種基于軟件無線電原理的電子戰偵察接收機，不僅具有廣泛的波形適應性，信號帶寬適應性，而且具有很強的功能擴展性，而這種適應能力或可擴展性完全都是建立在同一硬件平臺上，通過加載不同的分析處理軟件來完成的。所以，這種軟件化電子戰偵察接收機將是未來綜合電子戰的發展方向。 軟件化通信電子戰干擾發射機 軟件化干擾發射機在一個通用擴展的硬件平臺上，采用軟件實現各種干擾樣式的形成以及干擾信號的整個產生過程。開發式的硬件平臺只涉及發射信號的載頻(外部)特征，發射信號的內部特征完全由不同的軟件來定義。載頻特征一般來講是相對固定的，而由軟件定義的內部特征(干擾樣式)可以升級換代，以適應目標信號特征的千變萬化。軟件化干擾發射機的原理框圖見圖4。 圖4中所示為干擾發射機的通用硬件平臺。駐留在干擾樣式產生模塊中的DSP軟件的作用就是產生兩個反映干擾信號內部特征的正交數據I(n)、Q(n)，它們由以下兩式表示： I(n)=a(n)×cosφ(n) Q(n)=a(n)×sinφ(n) 式中，I(n)、Q(n)分別為發射信號J(n)的幅度和相位，即： J(n)=a(n)×cos(ω0n+φ(n)) 而上式中的載頻ω0的可變范圍將由硬件平臺決定，具體的發射頻率值則由軟件來控制。圖中所示干擾發射機的數字上變頻采用的是DDS作為數字本振，轉換速度是很快的，所以這種軟件化干擾發射機也同樣實用于對跳頻信號的快速跟蹤干擾。 結語 軟件無線電的主要特點為： ● 具有很強的靈活性。軟件無線電可以通過增加軟件模塊，很容易增加新的功能。可以與其他任何電臺進行通信，并可以作為其他電臺的射頻中繼。可以通過無線加載來改變軟件模塊或更新軟件。為減少開支，可以根據所需功能的強弱，取舍選用的軟件模塊。 ● 具有較強的開放性。軟件無線電由于采用了標準化、模塊化的結構，其硬件可以隨著器件和技術的發展而更新或擴展，軟件也可以隨需要而不斷升級。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。這樣，即延長了舊體制電臺的使用壽命，也保證了軟件無線電本身有很強的生命周期。 由于軟件無線電所具有的靈活性、開放性等特點，使其不僅在軍、民無線電通信中獲得了應用，而且將在其他領域例如雷達、信息化家電等領域得到推廣。但是，軟件無線電也面臨著許多技術挑戰，包括低功耗、小型化技術;寬帶高速A/D變換;高速并行DSP數字處理;射頻前端和天線技術等問題。這些技術決定著軟件無線電的發展和實現。多年來在這方面的努力也從未停止過，這些技術仍在不斷的發展。 |
