軟件無線電是以最新數(shù)字硬件為平臺,讓A/D轉換盡可能靠近天線,而將各種功能用軟件算法實現(xiàn)。軟件無線電的直接采樣方案是用高速、寬帶ADC代替混頻、本振等模擬電路,對射頻信號直接采樣,軟件的可重構性能進一步向天線靠近,具有結構簡單、性能穩(wěn)定、處理靈活等優(yōu)點,克服了超外差接收機結構復雜等缺點,抗干擾性能提高。由于大大減少了模擬器件數(shù)量,降低系統(tǒng)功耗,提高了可靠性。但射頻直采方式受限于數(shù)字電路器件的水平,尤其是ADC采樣率及分辨率的限制,很多應用尚無法實現(xiàn)射頻直接采樣。不過,近年來,ADC、FPGA等芯片技術及數(shù)字信號處理技術的不斷發(fā)展和計算機處理能力提升,為HF、VHF以及L波段和S波段的射頻直接采樣數(shù)字接收機提供了實施保障。
在軟件無線電技術研發(fā)和生產領域,澳大利亞WiNRADiO(萬瑞)通信公司久負盛譽,萬瑞品牌的軟件無線電接收機早已廣為中國用戶所知所用,其產品隨著軟件無線電技術的發(fā)展和數(shù)字電子電路的進步而不斷推陳出新,引領著軟件接收機的新潮流。采用射頻直接采樣和數(shù)字下變頻(DDC)體系結構的第三代軟件無線電產品-“王者之劍”系列接收機,在國際國內都廣受好評,尤其是其WR-G35DDC短波接收機(神劍),其世界第一的地位至今仍無法撼動。最新上市的WR-G65DDC超寬帶接收機(聚劍),更是將軟件接收機性能提升到了更新高度。
下圖為萬瑞射頻直采接收機的硬件部分框圖:
從天線送來的信號,經(jīng)保護和阻抗匹配電路后,進入衰減器,避免過載;接下來是用戶可配置的預選器,可濾除鄰近的強信號,從而避免過載,減少互調失真。然后,信號送入前置放大器,這是一個低噪聲、低失真的兩級放大器,一級放大可由用戶控制啟用或禁止,當啟用時,會產生大約10dB 的放大,將信號達到可接收的靈敏度要求;二級放大器是數(shù)字化必用的抗混疊濾波器,之后信號送入ADC(16 位100MSPS或者16位210 MSPS采樣率),為接下來的數(shù)字下變頻(DDC)提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流。
DDC 輸出的數(shù)字數(shù)據(jù)流經(jīng)過PCIe或USB 接口送到計算機,進行濾波、解調、信號強度測量、降噪、噪聲消隱、陷波、音頻濾波等進一步處理。
在以萬瑞神劍為代表的軟件無線電接收機中,沒有本振和混頻器,整個頻譜作為一個整體進行數(shù)字化,由可編程門陣列(FPGA)在數(shù)字化的頻譜數(shù)據(jù)中選擇一個較小的數(shù)據(jù)塊進行抽取和下變頻處理。
DDC 的功能相當于模擬接收機中的混合器、本地振蕩器和濾波器,但輸出的是數(shù)字信號,DDC后的數(shù)字信號送入計算機,以純粹數(shù)字信號處理的方式進行濾波和解調。
DDC 處理后的頻譜可以通過計算機進行記錄和回放,這樣,無論何時何地對當時的這段頻譜的“再接收”成為可能。WR-G35DDC接收機32MHz DDC帶寬覆蓋長波至短波全頻段,而萬瑞最新接收機WR-G65DDC的DDC 帶寬可達64MHz。
“王者之劍”系列包含下列四款接收機:
WR-G31DDC(寶劍)主要面向非專業(yè)用戶,性優(yōu)價低。
WR-G33DDC(利劍)為專業(yè)級短波接收機,性能優(yōu)秀、功能豐富、性價比高。
WR-G35DDC超寬帶短波接收機(神劍)一問世,就以完全覆蓋LF/MF/HF頻段的32MHz信號記錄及處理帶寬、高達111dB的無雜散動態(tài)范圍、實驗室級的測試與測量能力等獨特性能震驚業(yè)界,被WRTH(世界廣播電視年鑒)2016 評定為5星級,稱之為世界上最好的短波接收機。
最新的WR-G65DDC超寬帶接收機(聚劍)包含了HF和VHF兩個頻率范圍及與之對應的獨立天線端口,相當于不同時工作的兩個獨立接收機。強大的頻譜處理能力包括能夠顯示對應頻率范圍全景頻譜88MHz(HF頻段)或72MHz(VHF頻段)帶寬的寬帶頻譜分析儀、DDC頻譜分析儀、以及音頻頻譜分析儀,用于錄音及進一步數(shù)字化處理的瞬時帶寬高達64MHz,是分析跳頻信號的理想選擇。WR-G65DDC剛剛通過WRTH 2019的五星級測評,被認為是所見的最好、最強大的軟件接收機,特別是在強信號處理、整體動態(tài)范圍、極低的相位噪聲性能等方面,給評測專家留下深刻印象。
射頻直接采樣的另一個優(yōu)點是簡化同步,要實現(xiàn)射頻系統(tǒng)的相位一致性,只需關注射頻單元的時鐘同步即可。WR-G35DDC和WR-G65DDC均可通過增加相干時鐘輸入等選件作為相位相干接收機使用,支持用戶通過多通道相干應用平臺,開發(fā)自己的無線電監(jiān)測及干涉儀測向等系統(tǒng)。
“王者之劍”系列接收機是ADC器件進步和射頻直接采樣技術發(fā)展過程的完美體現(xiàn),也對計算機的數(shù)據(jù)處理能力及存儲能力提出了更高要求,尤其是WR-G35DDC和WR-G65DDC接收機,若要滿性能工作,計算機的選配極為重要。
接收機體積小巧,功能強大,支持第三方開發(fā),便于集成。既可以直接連接計算機和天線進行工作,也可以根據(jù)需要搭建、研發(fā)適合各種特定需求的小型監(jiān)測系統(tǒng)。
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在短波通信領域,公司長期擔任澳大利亞寶麗通信公司(世界軍用短波和戰(zhàn)術超短波設備主要制造商之一)的中國總代理商和技術服務中心。同時自研生產短波天鏈中繼系統(tǒng)、雙模單兵電臺、廣域專網(wǎng)遙控系統(tǒng)、電控高能諧振環(huán)天線、便攜天線等獨創(chuàng)產品,在應急、反恐、海上等領域廣受好評。
在無線電接收領域,公司長期擔任澳大利亞萬瑞公司(無線電接收領域前沿科技企業(yè))的中國總代理商和技術服務中心,同時與許多科研機構協(xié)作,針對國防等高端用戶的業(yè)務需求,研發(fā)專用的系統(tǒng)集成設備。
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