摘 要： 針對現有應急通信系統調制模式單一、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。分析了應急通信系統的系統需求，詳細介紹了系統的軟硬件設計，討論了系統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，通過調用相應的軟件模塊，能夠實現多種調制模式的自動識別和調制解調。實驗證明，該系統具有較高的調制模式識別率，有效解決了應急事件發生時出現的通信失效問題。
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、突發災難、大型活動等事件發生時，對于事發地詳情的匯集研究、調度指揮等，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，現在已投入巨資建設政府專網，并利用Wi-MAX、Wi-Fi等新技術來提高應急通信保障能力；日本已經建立起中央防災無線網和防災互連通信網等應急通信保障網絡[1]。參考文獻[2]介紹了我國針對應急通信系統所做的研究和探討，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的飛機失事、煤礦坍塌中巷道通信的中斷等，暴露出現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，調制解調模式單一，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，把盡可能多的通信功能用可升級、可替換的軟件來實現[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條件下可能出現的通信失效的問題。
1 系統方案設計
1.1 系統的需求分析
應急通信系統應根據應急狀況的不同類型，迅速、靈活地構建通信網絡[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，具有較好的可擴展性和較高的生存性。
1.2 系統的詳細方案設計
對于突發事件，受困人員可能遭遇很嚴重的身體創傷，但對內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。借鑒一般通信系統的通信模型，此系統的通信模型設計如圖1所示。
天線感應信號經過雙工器后，再進行放大、濾波、下混頻后得到中頻信號。中頻信號經過A/D和DDC后交付給DSP做諸如數字濾波、調制類型自動識別、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一的硬件平臺上實現，通過調用相應的軟件模塊就可以實現不同的功能，所以系統的設計方案可以較好地滿足應急通信系統的需求。
2 系統所利用的關鍵技術
在本文所介紹應急通信系統的軟硬件設計和實現過程中，充分利用了軟件無線電平臺中的關鍵技術[3]，對應急通信系統的實現和調制解調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字邊界移至射頻段。在通信系統的軟件設計時，用DSP技術代替ASIC，可通過軟件實現編碼、調制、均衡和脈沖形成等基本功能；另一方面，系統可重新編程，以保證在多種標準下運行。
在以下的系統軟硬件設計過程中，充分利用上述關鍵技術的優勢，來實現應急通信系統的設計與調制解調樣式的自動識別。
3 系統的硬件設計
該系統硬件平臺的設計思想是建立一種通用的硬件平臺，而通信功能的實現盡可能多地通過調用不同的軟件模塊來實現。具體的硬件模塊結構設計如圖3所示。
系統的發射部分采用數字上變頻器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，采用模數轉換器AD6640轉換為數字信號[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芯片作為采樣數據的緩存。
本文的系統硬件設計基于軟件無線電技術，可實現多制式調制解調，增加了系統的靈活性和健壯性，在突發事件發生時，可以較好地保障通信的有效性。
4 系統的軟件設計
4.1 系統軟件設計思想
本文介紹基于軟件無線電的應急通信系統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字調制、數字解調、調制類型自動識別、FFT、內插、抽取等。
對于語音信號，可以采用ASK、FSK等調制方式[8]。在本系統的軟件設計中，把調制解調算法以軟件的形式存儲于DSP中，根據自動識別算法的分析結果，去調用相應的軟件模塊，來實現語音信號的調制解調。
4.2 仿真驗證
對于ASK調制方式，采用基于內插的正交調制解調的通用模型，首先對語言信號進行前期的處理，然后經過正交變換，采用基于內插的正交調制的通用模型進行調制，調用相干解調或者非相干解調算法，而解調算法模塊也是以軟件的形式內置于DSP中。對于每一種調制解調方式，取10組信號，對所傳輸的通信信號疊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制模式識別的計算機仿真驗證。
由表1的實驗結果可知，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對調制樣式具有較高的自動識別率，可以滿足應急通信的系統需求。
本文在分析了應急通信系統需求的基礎上，提出了一種基于軟件無線電的應急通信系統。借助軟件無線電的設計理念，在一個通用的數字信號處理硬件平臺上，通過調用相應的軟件模塊，可以實現多種調制樣式的自動識別，具有較好的靈活性。針對應急通信系統中所傳輸的語音信號，可以靈活地實現多制式調制解調，解決了現有應急通信系統調制樣式單一、在外界條件改變時容易出現通信失效的問題。經過實驗驗證，這種基于軟件無線電的應急通信系統對調制樣式具有較高的自動識別率，可以滿足應急通信的系統需求。如果要改進和更新應急通信系統的功能，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，縮短了開發周期。軟件無線電技術的特點使之成為設計應急通信系統的一個重要選擇，對今后應急通信系統的發展具有重要的意義。
參考文獻
[1] 李文峰，韓小屏.現代應急通信技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2007.
[2] 王海濤.應急通信發展現狀和技術手段分析[J].電力系統通信，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.應急通信網絡設計及關鍵技術探討[J].指揮信息系統與技術，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.軟件無線電中調制識別與數字解調技術[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字下變頻的研究[J].辦公自動化，2009(20)：26-27.