基于射頻數(shù)字化的中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)探究

趙靜　楊蘇衛(wèi)

摘要：近年來通信和廣播等方面的快速發(fā)展，使中短波頻譜被占用、頻道受干擾的問題日益嚴重，中短波廣播在傳播、建設(shè)、使用等方面的優(yōu)勢難以充分發(fā)揮，為有效利用中短波頻譜，降低頻道之間的干擾，人們嘗試建立中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)并應(yīng)用射頻數(shù)字化相關(guān)技術(shù)，使中短波廣播信號異地接收、存儲、還原等成為可能。文章對基于射頻數(shù)字化的中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)生較全面的認知，在對中短波廣播信號射頻數(shù)字化理論基礎(chǔ)和現(xiàn)階段中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)進行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，對基于射頻數(shù)字化的中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)展開研究。

關(guān)鍵詞：射頻數(shù)字化；中短波廣播；監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

在傳統(tǒng)中短波廣播檢測系統(tǒng)中采用的中頻數(shù)字化方案，單純依靠錄音和數(shù)據(jù)采集頻譜對中短波信息情況進行分析，準確性和全面性難以保證，而基于射頻數(shù)字化的中短波廣播檢測系統(tǒng)架構(gòu)通過數(shù)據(jù)的即時傳輸和存儲，利用信號重構(gòu)技術(shù)使即時存儲的射頻數(shù)字化數(shù)據(jù)還原恢復(fù)成為可能，對研究波段整體短波廣播信號傳輸規(guī)律具有重要的意義。

1.中短波廣播信號射頻數(shù)字化理論基礎(chǔ)

射頻帶通采樣和射頻低通采樣是以射頻數(shù)字化為基礎(chǔ)的軟件無線電的主要技術(shù)方案，兩者的信號處理流程具有較強的共性，均是簡單放大射頻前端信號的濾波，然后利用A/D芯片采樣數(shù)字化，兩者之間的主要差異是前者在濾波的過程中應(yīng)用比較狹窄的帶通濾波器，而后者在此過程中應(yīng)用低通濾波器。現(xiàn)代采樣理論認為，帶限信號在模擬信號和數(shù)字信號兩者之間轉(zhuǎn)換時，如果采樣的頻率比信號中最大的頻率的2倍還大時，可以說明，采樣的數(shù)字信號能夠理想地保存原信號中的信息。換言之，可以結(jié)合采樣信息對元連續(xù)信號進行重構(gòu)，結(jié)合中短波廣播信號的特征和采樣理論，在射頻直接采集的過程中，如果采集設(shè)備最低采樣頻率在60兆赫茲及其以上，就可以說明其較理想地保存了采集信號的信息，可全面地實現(xiàn)廣播采集信號的還原。現(xiàn)代對中短波射頻數(shù)字化數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P(guān)研究證實，當信道中具有隨機熱噪聲的情況下進行數(shù)據(jù)信號傳輸時，信道容量和信道帶寬信噪比之間具有比較固定的關(guān)系，利用已經(jīng)被證實的固定關(guān)系，可以確定中短波廣播信號數(shù)字化后數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩Y(jié)合計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當網(wǎng)絡(luò)傳輸和硬盤存儲的速率均在112.12兆比特每秒以上時，中短波射頻信號數(shù)字化數(shù)據(jù)遠距離存儲和傳輸就具備可能，這為射頻數(shù)字化在中短波廣播檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支持。廣播監(jiān)控系統(tǒng)要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的連續(xù)全面存儲，需要利用數(shù)據(jù)流盤存儲設(shè)備，由于監(jiān)控系統(tǒng)自身對存儲器的具體位置并未明確的限定，所以選用的存儲器設(shè)備并不做嚴格的限制，例如控制器上的硬盤、板上存儲等均可以滿足要求，但數(shù)據(jù)向存儲設(shè)備的傳輸、讀寫速率要受較嚴格的限制，現(xiàn)階段數(shù)據(jù)流盤、光纖通道、萬兆網(wǎng)卡的傳輸速率都較固定，基本都大于中短波廣播信號的傳輸要求。所以現(xiàn)階段存儲設(shè)備基本可以滿足以射頻數(shù)字化為基礎(chǔ)的中短波廣播監(jiān)控系統(tǒng)存儲的要求。通過上述針對射頻數(shù)字化理論要求的分析，可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段構(gòu)建以射頻數(shù)字化為基礎(chǔ)的中短波廣播檢測系統(tǒng)具有技術(shù)方面的可行性。

2.現(xiàn)階段中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

縮減中短波廣播信道干擾和優(yōu)化頻譜的中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)階段主要以數(shù)據(jù)處理中心、直屬監(jiān)測臺、遠程遙控監(jiān)測站構(gòu)成的三層網(wǎng)絡(luò)為系統(tǒng)構(gòu)架，其利用直屬監(jiān)測臺或數(shù)據(jù)處理中心向分布于不同地理位置的遠程遙控監(jiān)測站點發(fā)布任務(wù)，由遠程遙控監(jiān)測站點全天候地自動采集廣播相關(guān)指標以及聲音質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)，并將搜集的數(shù)據(jù)自動向監(jiān)測臺和數(shù)據(jù)處理中心傳送，由檢測臺或數(shù)據(jù)處理中心對采集的數(shù)據(jù)進行整理、分析并將分析的結(jié)果制定成規(guī)范化的圖表，使廣播在播出過程中產(chǎn)生的問題得到及時、全面的發(fā)現(xiàn)，相關(guān)部門會通過對播出手段的優(yōu)化，改善廣播傳輸?shù)恼w效果，發(fā)揮中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測和信息反饋作用。為滿足中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)的功能要求，其數(shù)據(jù)處理征信和直屬監(jiān)測臺通常采用B/S結(jié)構(gòu)，針對數(shù)據(jù)的采集、存儲等提供專項的服務(wù)器，用戶可通過對專項服務(wù)器的登錄和管理，對廣播信號傳輸情況進行全面、準確的把握。在此系統(tǒng)中服務(wù)器和遠程監(jiān)測站之間可以利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)有效的通信，而且可利用搭載檢測軟件對相關(guān)設(shè)備進行控制，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理中心設(shè)備雖然與直屬監(jiān)測臺的設(shè)備具有較大的共性，但兩者的功能卻存在較大的差異，前者是將任務(wù)利用網(wǎng)絡(luò)等傳輸渠道傳輸?shù)奖O(jiān)測點，由監(jiān)測點完成數(shù)據(jù)采集工作，而后者更加側(cè)重于對監(jiān)測點采集數(shù)據(jù)的整理分析，為中短波廣播通信的運行狀況判定提供支持，可見現(xiàn)階段中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)已經(jīng)比較完整，在針對基于射頻數(shù)字化的中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)展開研究的過程中，可以以現(xiàn)階段中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)為基礎(chǔ)，對其進行針對性的優(yōu)化設(shè)計。

3.基于射頻數(shù)字化的中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

遠程遙控監(jiān)測站系統(tǒng)、直屬臺監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理中心構(gòu)成的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是以射頻數(shù)字化為基礎(chǔ)的中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形式，但考慮到各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在架構(gòu)中的功能，要對各部分具體構(gòu)成進行改動，這要求必須明確各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的功能，例如前者的主要功能是中短波信號射頻數(shù)字化實施和相關(guān)數(shù)據(jù)緩存、存儲、利用網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至直屬監(jiān)測臺；中間結(jié)構(gòu)的主要功能是存儲、整理、還原其接收的來源于遠程遙控監(jiān)測站的射頻數(shù)字化數(shù)據(jù)，并對還原的中短波信號進行及時的語音解調(diào)、分析頻譜等操作；后者的主要功能是分析、整理直屬臺上報的數(shù)據(jù)，并制作出能夠反映播出情況的報表，由此可見，前2項系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)中主要負責監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理的部分，是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)。為有效地避免數(shù)字化儀直接采樣射頻信號的過程中遺失大的信號，忽略小的信號，基于射頻數(shù)字化的中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)中的遠程監(jiān)測站要利用接收天線對中短波信號進行接收，并對其射頻放大，擴大其移動的范圍，利用低通濾波器保證數(shù)字化儀接收的信號均為短波信號；然后將對數(shù)字化儀采樣的數(shù)據(jù)存入緩存區(qū)并利用流盤存儲卡將相關(guān)數(shù)據(jù)加入磁盤陣列，以此保證射頻數(shù)字化數(shù)據(jù)的不間斷存儲，使直屬臺和緩存區(qū)之間射頻數(shù)字化數(shù)據(jù)實時傳輸成為可能。存儲的數(shù)據(jù)需要通過運營商網(wǎng)絡(luò)傳輸至直屬臺，然后利用轉(zhuǎn)向服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行有效的處理，將其速率由高速轉(zhuǎn)為基帶速率，并利用軟件對其進行后期處理，客戶端獲取處理后的基帶數(shù)據(jù)后結(jié)合任務(wù)表對相關(guān)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，例如播出質(zhì)量、頻偏測量等，將監(jiān)測的各項結(jié)果正確地輸入數(shù)據(jù)庫，使數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)得到適時調(diào)整，反映中短波的傳輸情況，滿足中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)的功能要求。

4.結(jié)論

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段人們已經(jīng)認識到基于射頻數(shù)字化的中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)對研究波段整體短波廣播信號的傳輸規(guī)律和提升廣播傳輸質(zhì)量方面的重要意義，并在實踐中嘗試結(jié)合中短波廣播信號射頻數(shù)字化理論基礎(chǔ)和中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)，進行基于射頻數(shù)字化的中短波廣播監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)的探索。