論數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中的軟件無線電技術(shù)

文/尹定國

論數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中的軟件無線電技術(shù)

文/尹定國

隨著時代的不斷發(fā)展，無線電技術(shù)涉及的領(lǐng)域越來越廣泛，從城市到偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村，家家戶戶都使用無線電技術(shù)發(fā)展的數(shù)字廣播電視。本文主要從軟件無線電技術(shù)和廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程的實踐進行研究。

數(shù)字廣播電視系統(tǒng)；軟件無線電技術(shù)；電視覆蓋率

軟件無線電技術(shù)的概念由1992年參與美國國防部遠(yuǎn)程系統(tǒng)會議的MALTRE公司人員所提出，最早在軍事研究上應(yīng)用。我國分別于2006年8月和2012年12月分別頒布了《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》，提高現(xiàn)有模擬電視覆蓋水平，為廣大人民群眾提供高品質(zhì)的電視廣播節(jié)目。

1. 軟件無線電技術(shù)研究

無線電是指在所有自由空間（包括空氣和真空）中傳播的電磁波，其中特定的有限頻帶，上限頻率和下限頻率分別為300Hz、3KHz～300GHz，由于下限頻率在各種射頻規(guī)范中難以統(tǒng)一，除3KHz～300GHz外，常見的有9KHz～300GHz、10KHz～300GHz。

軟件無線電技術(shù)的原理：電流強弱的改變在導(dǎo)體中進行，無線電波正是利用這種變化現(xiàn)象而產(chǎn)生，通過準(zhǔn)確的調(diào)制后，不斷加載的信息被無線電波接收。電波達到收信端主要利用空間傳播的特性，使導(dǎo)體中產(chǎn)生電流進而促使電波引起磁場變換，并通過解調(diào)電流變化提取信息，進而實現(xiàn)傳遞信息的最終目標(biāo)。

無線電技術(shù)的軟、硬件平臺：無線電技術(shù)的軟件平臺的分層結(jié)構(gòu)以O(shè)SL，即開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型為基礎(chǔ)，其中包括函數(shù)庫、調(diào)制算法庫、圖像編碼（JPEG、MPFEG等）以及信號轉(zhuǎn)流庫等。無線電技術(shù)的硬件平臺具有可拓展性高、開放性強、應(yīng)用廣泛等優(yōu)勢，主要由寬帶數(shù)模變換器、高速數(shù)字信號處理器以及模擬前端等組成，其數(shù)據(jù)源繁多，比如音頻、文字、圖片等，在不同制式系統(tǒng)下，有不同的調(diào)制方法進行調(diào)制，比如KPSK、DQPS等。

2. 實施中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程的意義

2.1 降低農(nóng)民群眾收聽廣播電視的成本

我國制定自主標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程，自主知識產(chǎn)權(quán)的AVS+標(biāo)準(zhǔn)和自主知識產(chǎn)權(quán)道德DTMB標(biāo)準(zhǔn)分別約束數(shù)字電視節(jié)目的編碼方法和信道編碼與調(diào)制，創(chuàng)新設(shè)計方案，利用GPS與北斗并行的方法，保障單頻網(wǎng)在整個網(wǎng)絡(luò)中的運行同步和授時系統(tǒng)。采取自主知識產(chǎn)權(quán)的方法，從根本上降低我國專利技術(shù)對他國的依賴性，農(nóng)民群眾觀看電視，能夠利用中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程建設(shè)的數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)，不僅便于農(nóng)民觀看電視和接收廣播，還能避免使用的機頂盒子廠商向國外的機構(gòu)繳納高額的專利使用費用，有效降低設(shè)備的使用成本。

2.2 拓展廣播電視宣傳渠道，增強廣播電視的傳播力和影響力

中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程，極大程度地提升電視頻道利用率，使多套電視節(jié)目能夠由一個電視頻道傳輸，具有圖像質(zhì)量清晰、無重影、受外界干擾較小等優(yōu)勢，且在不斷移動的條件下，不受時間和地域的限制，廣大人民群眾的便攜手持電視和車載電視可以隨時隨地穩(wěn)定接收質(zhì)量高的電視節(jié)目。在多媒體迅速發(fā)展的時代，軟件無線電技術(shù)的廣泛應(yīng)用，大大延伸了思想文化、價值觀念建設(shè)的宣傳渠道。隨著中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程的建立，健全了廣播電視公共服務(wù)機制，將國家積極的、正面的以及先進的思想文化通過主流媒體向社會傳播，引導(dǎo)全國人民樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀。

2.3 提高農(nóng)村廣播電視覆蓋率

農(nóng)村廣播電視覆蓋率普遍偏低的問題是我國一直研究的重要課題，中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程的建設(shè)具有重要意義，從根本上解決了農(nóng)村廣播電視覆蓋率普遍偏低的問題，實現(xiàn)了農(nóng)村廣播電視全覆蓋的目標(biāo)。第一，在全國各地區(qū)建立地面數(shù)字電視信號發(fā)射站，利用衛(wèi)星接收電視節(jié)目。第二，電視節(jié)目被還原為數(shù)字碼流后，其調(diào)制、放大嚴(yán)格按照國家地面數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送至天饋系統(tǒng)后，再進行廣播發(fā)射。如此，廣大農(nóng)村地區(qū)和偏遠(yuǎn)地區(qū)就能夠被無線電波全覆蓋。第三，為了提高農(nóng)村廣播電視覆蓋率，需要將央視節(jié)目數(shù)字信號利用一個數(shù)字電視前端和衛(wèi)星地球站傳遞到地球同步衛(wèi)星。

3. 廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程的實踐

3.1 地面數(shù)字電視架構(gòu)

由于原來各地區(qū)的頻率資源分配不均衡，雖然已經(jīng)做到間隔分配，但仍無法擺脫同頻干擾的弊端。如今，隨著GPS定位系統(tǒng)和北斗衛(wèi)星的日趨完善和發(fā)展，我國首次使用以衛(wèi)星傳輸鏈為基礎(chǔ)的地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)，單頻網(wǎng)具有發(fā)射點頻率同步、調(diào)制比特同步以及調(diào)制時間同步的特點。由于GPS定位系統(tǒng)和北斗衛(wèi)星的頻率基準(zhǔn)為1PPS秒，時間標(biāo)準(zhǔn)為10MHZ，為全國各地區(qū)發(fā)射臺發(fā)射信號提供統(tǒng)一的基準(zhǔn)（發(fā)射點頻率同步、調(diào)制比特同步以及調(diào)制時間同步），同時為創(chuàng)造和組建單頻網(wǎng)提供了有利條件。據(jù)相關(guān)研究表明，發(fā)射臺發(fā)射的覆蓋面積，在同等發(fā)射功率和同頻干擾的條件下，將會下降至50%以下，進而產(chǎn)生嚴(yán)重的惡性循環(huán)現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為各地區(qū)發(fā)射臺為爭奪發(fā)射覆蓋面積和提高發(fā)射功率，盡可能地壓制其他發(fā)射臺。單頻網(wǎng)具有三同步特點，即發(fā)射點頻率同步、調(diào)制比特同步以及調(diào)制時間同步，可以實現(xiàn)顯著的分集效果，使多個發(fā)射臺的工作區(qū)域能夠覆蓋重疊，改善覆蓋邊緣的峭壁效益，不僅能夠降低總功耗，有效提高頻譜效率，還能提升我國各地區(qū)發(fā)射臺的覆蓋面積。此外，全國衛(wèi)星傳輸組建單頻網(wǎng)技術(shù)與地面區(qū)域單頻網(wǎng)技術(shù)進行比較，難度較大，技術(shù)復(fù)雜。遇到如下情況：第一，延遲衛(wèi)星解擾時間，單頻網(wǎng)最大延遲時間要求小于1秒，經(jīng)專業(yè)人員測試，0.25秒左右是衛(wèi)星鏈路傳輸延遲的時間，完全符合單頻網(wǎng)的要求。第二，單頻網(wǎng)的信號要求調(diào)制比同步，單頻適配器接收信號時和信號經(jīng)過QPSK調(diào)制器維修時，要求傳輸流，即TS流必須填充空包。在進行衛(wèi)星調(diào)制時，在維持原有硬件平臺的基礎(chǔ)上和確定關(guān)閉PCR修改功能的前提下，通過固件代碼升級的方式使現(xiàn)存的地面數(shù)字電視和單頻網(wǎng)適配器廠家，增加相應(yīng)的特定空包、插入以及恢復(fù)功能，最終實現(xiàn)地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)覆蓋的預(yù)期目標(biāo)。

3.2 地面數(shù)字廣播架構(gòu)

數(shù)字音頻廣播發(fā)射系統(tǒng)，前端的復(fù)用和編碼可以利用中央廣播電臺的三套廣播節(jié)目（中1、中12、中16）來呈現(xiàn)，進而生成有效的一路傳送碼流。以CDR標(biāo)準(zhǔn)和DRA+規(guī)范為音頻編碼和信道編碼調(diào)制的依據(jù)，其中，CDR標(biāo)準(zhǔn)也適用于信道結(jié)構(gòu)。節(jié)目碼流由中央衛(wèi)星100路廣播編碼復(fù)用平臺進行接收，并將節(jié)目碼流經(jīng)由傳輸鏈路送達至地球站，接收衛(wèi)星為中星6B衛(wèi)星，其中，接收衛(wèi)星為亞太號衛(wèi)星。全國各地區(qū)地面的發(fā)射臺利用衛(wèi)星的接收性，不斷接收信號，并利用數(shù)字聲音廣播專業(yè)衛(wèi)星綜合接收機將信號進行解出，完全解出后的信號再由型號為CDR的調(diào)頻發(fā)射機接收，另外，使用發(fā)射機的計劃方案中可納入現(xiàn)有的中1套廣播節(jié)目的廣播頻率。新增CDR發(fā)射機采用模數(shù)同播的方法，將中1套模擬調(diào)頻廣播節(jié)目和中3套模擬廣播調(diào)頻節(jié)目共同播出。

模擬調(diào)頻廣播發(fā)射機功率要根據(jù)軟件無線電技術(shù)要求與原中1模擬廣播發(fā)射功率保持一致，同播模擬功率要高于數(shù)字信號功率，進而利用同軸開關(guān)的方法，促使原有中1模擬FM發(fā)射機和新增CDR發(fā)射機進行靈活的發(fā)射切換，并將天饋系統(tǒng)，原有多工器、饋線、天線與臺內(nèi)原有FM發(fā)射系統(tǒng)共用，按照現(xiàn)有的實際條件，科學(xué)制定。按照現(xiàn)有的實際條件，可適當(dāng)?shù)刂贫ㄐ略鯟DR發(fā)射機計劃和改造方案，接收數(shù)字音頻時，需盡量使用專業(yè)的音頻接收音機（數(shù)字調(diào)頻或通調(diào)頻CDR/FM兼容的收音機等產(chǎn)品）。

結(jié)語

軟件無線電技術(shù)涉及領(lǐng)域廣泛，中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程是無線電技術(shù)的優(yōu)秀成果，能夠提高電視節(jié)目的覆蓋范圍，保證城鄉(xiāng)居民接收的電視節(jié)目清晰高質(zhì)。

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TN934.4

A

1671-0134（2017）11-060-02

10.19483/j.cnki.11-4653/n.2017.11.016

云南省楚雄州雙柏縣廣播電視臺）