韓淑梅

（山東省棗莊市廣播電視臺(tái)，山東 棗莊 277000）

0 引 言

軟件無線電技術(shù)能夠在數(shù)字通信的基礎(chǔ)上利用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)寬帶、頻率等的控制，達(dá)到提升信號(hào)質(zhì)量和傳輸效益等效果，對(duì)于推動(dòng)數(shù)字廣播電視系統(tǒng)發(fā)展發(fā)揮著十分重要的作用。國家十分重視軟件無線電技術(shù)在數(shù)字廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用，先后出臺(tái)了《數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》《地面數(shù)字電視廣播覆蓋網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃》等一系列政策指導(dǎo)文件[1]，極大地推動(dòng)了數(shù)字電視覆蓋水平，為廣大觀眾提供高質(zhì)量數(shù)字電視廣播節(jié)目的同時(shí)，有效降低了廣播電視收看成本，拓展了廣播電視的宣傳渠道與影響力。

1 數(shù)字廣播電視與軟件無線電技術(shù)概述

1.1 數(shù)字廣播電視發(fā)展需求

數(shù)字廣播電視是在數(shù)字處理技術(shù)的支持下，將數(shù)字化音視頻、數(shù)據(jù)信號(hào)等進(jìn)行編碼、調(diào)制、傳播、解碼，從而實(shí)現(xiàn)用戶端畫面、視頻及數(shù)據(jù)等的顯示，為用戶提供豐富多元的信息。數(shù)字技術(shù)的持續(xù)發(fā)展與進(jìn)步，促進(jìn)了數(shù)字廣播電視的業(yè)務(wù)拓展。數(shù)字廣播電視對(duì)時(shí)間、空間以及頻譜等的要求愈來愈高，需要在多項(xiàng)技術(shù)支持下完成資源關(guān)聯(lián)，繼而達(dá)到提升數(shù)據(jù)精度及其傳輸效益的目的，以此優(yōu)化數(shù)字廣播電視的傳播質(zhì)量，緩解傳播中可能出現(xiàn)的時(shí)延及多徑衰落等一系列問題。隨著時(shí)代的發(fā)展，數(shù)字廣播電視還需充分考慮到各類經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，通過現(xiàn)代化技術(shù)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)化，并從技術(shù)層面規(guī)避干擾問題，提升資源利用效率，最終打造靈活、有效且拓展性強(qiáng)的數(shù)字廣播電視體系[2]。

1.2 軟件無線電技術(shù)

在所有自由空間內(nèi)都能傳播的電磁波即為無線電。無線電有其特定的有限頻帶，其中，下限頻率為300 Hz，上限頻率為3 kHz ～300 GHz。對(duì)于各類射頻規(guī)范而言，下限頻率不易統(tǒng)一，最常見射頻 規(guī) 范 有3 kHz ～300 GHz、9 kHz ～300 GHz、10 kHz ～300 GHz 等。根據(jù)運(yùn)行原理，軟件無線電技術(shù)是通過改變導(dǎo)體的電流強(qiáng)弱而實(shí)現(xiàn)電磁波磁場的變換，并在空間傳播的作用下，使得電磁波順利到達(dá)收信端?？梢?，對(duì)導(dǎo)體電流變化加以調(diào)節(jié)，即可提取不同的信息，最終實(shí)現(xiàn)信息傳播的目標(biāo)[3]。

軟件無線電技術(shù)在數(shù)字廣播電視領(lǐng)域有著十分重要的應(yīng)用，其能夠從根本上提升廣播電視信號(hào)傳輸效益，在某些技術(shù)支持下提升信號(hào)質(zhì)量，避免廣播電視出現(xiàn)畫面或音質(zhì)失真等問題。利用軟件無線電技術(shù)，能夠顯著降低數(shù)字廣播電視信號(hào)干擾率，提升空間數(shù)據(jù)傳輸效益，改善因傳播距離遠(yuǎn)而導(dǎo)致的信號(hào)傳播質(zhì)量下降問題[4]。目前，國內(nèi)數(shù)字廣播電視中應(yīng)用的軟件無線電技術(shù)主要包括四種，即空時(shí)無線電技術(shù)、核心層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、感知無線電技術(shù)及無線電資源管理技術(shù)等，如表1 所示。

表1 數(shù)字廣播電視中的軟件無線電技術(shù)

2 數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中的軟件無線電技術(shù)

2.1 數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中軟件無線電技術(shù)的架構(gòu)

數(shù)字廣播電視中的軟件無線電系統(tǒng)包括硬件與軟件平臺(tái)的支持。其中，軟件平臺(tái)屬于互聯(lián)參考模型，呈分層結(jié)構(gòu)形式，涉及函數(shù)庫、圖像編碼、信號(hào)流轉(zhuǎn)庫、調(diào)制算法庫等內(nèi)容；而硬件平臺(tái)主要提供可拓展、通用開放的應(yīng)用支持，包括模擬前端、傳輸介質(zhì)、處理器等。在軟硬件平臺(tái)協(xié)同支持下，形成數(shù)字廣播電視系統(tǒng)軟件無線電平臺(tái)架構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 數(shù)字廣播電視系統(tǒng)軟件無線電平臺(tái)架構(gòu)

2.1.1 硬件平臺(tái)

為了保障數(shù)字廣播電視系統(tǒng)的信號(hào)質(zhì)量與傳播效益，軟件無線電硬件平臺(tái)的構(gòu)建需要確保平臺(tái)的開放性、靈活性、可拓展性、模塊性，使各部分形成一個(gè)集成化體系。由于硬件平臺(tái)所涉及的數(shù)據(jù)源豐富多樣，因而需要加強(qiáng)信息源及信道的編碼，借助多路訪問技術(shù)，對(duì)模擬前端數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，再借助模數(shù)變換器、變頻器等的處理，將信號(hào)傳播至射頻前端，利用數(shù)模變換器以及數(shù)字信號(hào)處理器等對(duì)信號(hào)加以提取，完成信息處理的全過程[5]。

2.1.2 軟件平臺(tái)

為了保障數(shù)字廣播電視系統(tǒng)良好的貫通性與兼容性，無線電軟件平臺(tái)建設(shè)要盡可能選取分層軟件體系，依循硬件平臺(tái)需求配置最適宜的軟件，包括DSP 軟件、調(diào)制算法庫、編碼算法庫、函數(shù)庫、信號(hào)流編碼庫、信道糾錯(cuò)編碼庫，建構(gòu)起系統(tǒng)而層次化的無線電傳輸軟件體系，為數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中軟件無線電技術(shù)的高效應(yīng)用提供強(qiáng)有力的軟件支持。

2.1.3 核心技術(shù)

數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中，軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用需要重點(diǎn)把握好帶寬多頻段技術(shù)，在工作帶寬基礎(chǔ)上設(shè)置帶寬多頻段。例如，利用組合式多頻段天線等實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳播時(shí)，需要借助A/D 及D/A 技術(shù)配合轉(zhuǎn)換器，完成無線電模數(shù)及數(shù)模信號(hào)的轉(zhuǎn)換，由于操作中對(duì)頻率要求極高，因此需配合變頻技術(shù)調(diào)節(jié)信號(hào)的頻率，達(dá)到提升信號(hào)傳輸范圍的效果，繼而將信號(hào)傳送至RF 前端[6]。除了A/D 及D/A 技術(shù)，還需利用DSP 技術(shù)處理數(shù)字廣播電視信號(hào)，將中頻及基帶進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)化。此外，接口技術(shù)也是軟件無線電系統(tǒng)應(yīng)用的核心技術(shù)之一，是保障數(shù)字廣播電視系統(tǒng)高效運(yùn)行的基礎(chǔ)。其中，總線接口技術(shù)、I/O接口技術(shù)尤為關(guān)鍵，前者應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)引入VME 標(biāo)準(zhǔn)，后者則可選用PCII/O接口標(biāo)準(zhǔn)、USB接口標(biāo)準(zhǔn)等，以此提供靈活的接口指標(biāo)，為增強(qiáng)數(shù)字廣播電視軟件無線電平臺(tái)的靈活性與通用性提供支持[7]。

2.2 數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)字廣播電視利用A/D 變換器盡可能靠近射頻天線的方式，將模擬信號(hào)盡可能早地轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，最大程度地通過數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Processing，DSP）軟件來實(shí)現(xiàn)通信功能，這是軟件無線電技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字廣播電視的基本原理。

隨著音、視媒體數(shù)字化的迅猛發(fā)展以及調(diào)頻廣播競爭的不斷加強(qiáng)，全球加快了對(duì)調(diào)頻廣播數(shù)字化的研究。經(jīng)過嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)等，發(fā)展了數(shù)字調(diào)頻廣播系統(tǒng)（Digital Radio Mondiale，DRM）。理想的軟件無線電電臺(tái)應(yīng)該能夠滿足通過軟件升級(jí)實(shí)現(xiàn)任何通信功能的增強(qiáng)或改變，適應(yīng)全頻帶工作，然而因?yàn)镈SP 處理技術(shù)限制、總線數(shù)據(jù)問題、寬帶A/D/A 工作帶寬以及采樣速率等現(xiàn)實(shí)因素制約，導(dǎo)致仍無法實(shí)現(xiàn)理想的軟件無線電系統(tǒng)。因此，為了降低研發(fā)成本和周期，在DRM 發(fā)射接收設(shè)備中應(yīng)用軟件無線電技術(shù)，是當(dāng)前的主要發(fā)展方向[8]。

2.2.1 DRM 接收機(jī)中軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用

廣播的頻率具有帶寬窄、信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)，因此在軟件無線電電臺(tái)的選用上應(yīng)當(dāng)慎重選擇。根據(jù)前期研究，一般選擇基于中頻采樣技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)，即可將帶寬變頻模塊增加到A/D/A 天線之間，將信號(hào)由全頻段轉(zhuǎn)換到固定中頻段，繼而對(duì)該中頻實(shí)施采樣，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的效果[9]。

2.2.2 DRM 發(fā)射機(jī)中軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用

相對(duì)接收機(jī)而言，DRM 發(fā)射機(jī)的研發(fā)難度更大，周期更長?；谲浖o線電技術(shù)的DRM 發(fā)射機(jī)由數(shù)字編碼、調(diào)制子系統(tǒng)、模擬處理子系統(tǒng)及發(fā)射子系統(tǒng)4 個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，分別完成數(shù)字信號(hào)處理、信號(hào)變換以及信號(hào)放大及發(fā)射[10]。

3 結(jié) 語

軟件無線電技術(shù)是通過軟件編程對(duì)硬件平臺(tái)加以開發(fā)和構(gòu)建，進(jìn)一步提升硬件平臺(tái)的功能、拓展其應(yīng)用范圍、提高其開發(fā)效率的一種技術(shù)。該技術(shù)強(qiáng)大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)使之在通信系統(tǒng)、電子對(duì)抗系統(tǒng)、相控雷達(dá)等多個(gè)領(lǐng)域均有十分重要的應(yīng)用，尤其是在數(shù)字廣播電視等領(lǐng)域，軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用不僅極大地優(yōu)化了數(shù)字廣播電視網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一性與靈活性，還有效提升了系統(tǒng)軟件的性能與工作效率，通過持續(xù)升級(jí)使之不斷適應(yīng)并銜接廣播電視系統(tǒng)的發(fā)展?？梢?，軟件無線電技術(shù)已然成為現(xiàn)階段按數(shù)字廣播電視系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。值得思考的是，當(dāng)前軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用仍受到硬件的局限性，特別是在分化頻率方面。為了彌補(bǔ)這一缺陷，需要為軟件技術(shù)提供一個(gè)包括寬帶等技術(shù)在內(nèi)的硬件技術(shù)平臺(tái)，以此達(dá)到節(jié)約數(shù)字廣播電視系統(tǒng)空間、提升系統(tǒng)性能的目的?？梢姡P(guān)于軟件無線電技術(shù)在數(shù)字廣播電視系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用研究仍有待進(jìn)一步深入。