230MHz無線電臺通信系統在電力負荷管理系統和用戶用電信息采集系統中有著廣泛的應用。然而，隨著無線通信技術的發展，在不同時期投入應用的無線電臺，雖然基本結構類似，但調制方式、波形結構、調制速率都有較大差別，不同的設備占用不同頻段單獨組網，獨立運行，十分不利于系統的維護，而且，隨著對高速通信電臺設備需求的增加[1]，使得通信系統結構更加復雜。

為了解決上述問題，本文基于GNU Radio?系統提出了一種多信道、多傳輸速率、多調制方式的軟件無線電多通道主站電臺的系統結構。該系統在調制方式上與現有的無線電臺設備全面兼容，覆蓋整個電力系統230 MHz?全雙工頻段，可以同時在多個頻點運行，以不同的速率、調制方式進行通信，很好地保證了現有業務的正常運營。此外，基于軟件無線電的系統具有極強的可配置性，為將來的業務拓展和設備升級提供了可靠保障，降低了系統的維護和升級成本。

1、230 MHz?無線通信系統分析

230MHz無線通信系統由主站電臺和從站電臺組成，主站采用全雙工電臺，從站采用半雙工電臺。無線電管理委員會將230 MHz?頻段的15?對雙頻頻點分配給電力系統專用[2]，頻點分配如表1?所示。每個頻點帶寬為25 kHz，相鄰頻點間隔為50～150 kHz，15?個接收/發送頻點總帶寬約為2 MHz，上下行頻率間隔為7 MHz。

目前電力行業中使用的大部分是模擬調頻電臺，電臺內增加調制解調模塊后進行數據傳輸。早期的低速電臺采用FSK，MSK?等調制方式，傳輸速率為600~2 400 bps；高速電臺采用GMSK?調制方式，實現9 600 bps?的信號收發。此外，部分地區運行著230 MHz?頻段的Mobitex?系統，它直接采用GMSK?調制，避免了第二級FM?調制對信道資源的浪費，僅占用12.5 kHz?的射頻帶寬，實現了8 kbps數據傳輸。

2、GNU Radio?主站電臺總體設計

GNURadio?系統是一種運行于通用處理器（GPP）上的開放的軟件無線電平臺，并配以USRP（Universal Software RadioPeripheral）作為硬件射頻前端。GNU（GNU’s Not Unix）是一個推進軟件開放源代碼的著名項目，由FSF（Free SoftwareFoundation）提供支持。GNU Radio?運行于Linux操作系統，其軟件代碼和硬件設計完全公開，其設計的核心思想是：基帶信號處理過程由通用處理器而不是DSP?實現；基帶信號通過USB 2.0?接口與USRP?系統相連，由USRP?上的FPGA?實現數字上下變頻，然后通過AD/DA?芯片與射頻子板連接；覆蓋不同頻段的射頻子板將模擬信號變換到射頻進行信號收發。

本文設計的多通道主站電臺系統的系統結構如圖1?所示，由基帶信號處理部分、USRP?主板、230 MHz?射頻子板三個部分組成。

(1)基帶信號處理部分

基帶信號處理部分包括數據緩存、編解碼、調制解調等模塊。這部分的主要工作是基帶信號處理模塊和信號收發流圖（Flow Graph）的設計。此外，可使用WxPython?跨平臺GUI?工具庫編寫人機交互界面，采用MySQL?作為數據庫系統。

(2)USRP?主板

USRP主板實現了信號的中頻處理，主要為數字上下變頻操作。板載FPGA?芯片采用了Altera?公司生產的Cyclone?系列芯片EP1C12Q240C8，設計開發工具為Quartus II 7.2，各模塊邏輯采用Verilog語言描述。

(3)230 MHz?射頻子板

目前?USRP?配套的全雙工子板沒有覆蓋到230MHz?頻段，本文根據USRP?主板與子板連接的接口說明，設計了收發頻率覆蓋200～250 MHz?的射頻子板。同時，由于子板輸出功率過小，發送信號需外接至大功率天線設備輸出。

3、GNU Radio?主站電臺基帶信號處理

GNURadio?的基帶信號處理編程基于C++和Python?腳本語言的混合方式。C++執行效率較高，用于編寫各種底層信號處理模塊。Python?是一種新型的腳本語言，用來編寫連接各個信號處理模塊的腳本，最終使之成為完整的信號收發流圖。

3.1GNU Radio?基帶信號處理模塊設計

GNURadio?提供一個基帶信號處理的底層模塊庫，含有100?多種信號處理模塊，如：濾波器，FFT?變換、調制解調器、時頻同步模塊等[3]。

本系統同時支持多種無線通信電臺，而不同電臺的調制方式、信號速率可以不相同。通過分析可知，電臺系統中基帶信號所用的數字調制方式如FSK、MSK、GMSK?等均屬于恒包絡調制方式，這些信號都可以通過FM?調制器輸出。

下面以?GMSK?調制模塊為例簡要說明GNURadio?信號處理模塊的實現原理及實現方法。