無線電廣播中的軟件無線電技術(shù)應(yīng)用分析

張玉寶

1 關(guān)于軟件無線電技術(shù)

1.1 基本技術(shù)內(nèi)涵

軟件無線電技術(shù)歸屬于無線通信領(lǐng)域，在現(xiàn)代通信產(chǎn)業(yè)中占據(jù)舉足輕重地位。嚴(yán)格來講，軟件無線電技術(shù)是軟件與數(shù)字處理硬件技術(shù)的相互結(jié)合，它在商業(yè)無線電領(lǐng)域可以提供成本價格更低、市場應(yīng)用更廣泛的無線電系統(tǒng)技術(shù)，是無線通信領(lǐng)域發(fā)展創(chuàng)新的原始動力，被廣泛應(yīng)用于數(shù)字無線電廣播領(lǐng)域中。

1.2 基本技術(shù)結(jié)構(gòu)

在軟件無線電技術(shù)中，將A/D與D/A變換器向射頻轉(zhuǎn)換靠攏，利用寬帶天線、多頻段天線來轉(zhuǎn)換中頻頻段，全程都要采用到可編程數(shù)字器件。在這一技術(shù)轉(zhuǎn)換過程中，可以發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換是具有相當(dāng)大的通用特質(zhì)的，在解決數(shù)字無線電廣播的多頻段、多調(diào)制方式與多址方式具有良好效果，能夠構(gòu)成以多體制為主的通用無線通信系統(tǒng)。總體來看，無線電軟件技術(shù)所構(gòu)造的通用硬件平臺是標(biāo)準(zhǔn)化的、模塊化的且具有開放性，它的所有工作頻段、數(shù)據(jù)格式、加密模式、調(diào)解類型以及通信協(xié)議都通過軟件完成，保證A/D、D/A轉(zhuǎn)換器能盡量接近天線，提高信號接收的高靈敏度和高靈活性，所以，它屬于新一代的無線通信系統(tǒng)。從技術(shù)角度來講，無線電軟件能夠重新定義和控制無線電廣播電臺，實(shí)現(xiàn)更多無線電廣播技術(shù)，還能實(shí)現(xiàn)對平臺各種功能軟件的有效升級，形成全新的調(diào)制波形與通信協(xié)議，極大程度延長了無線電廣播電臺使用周期，也較大程度節(jié)約了技術(shù)成本開支[1]。

2 無線電廣播中的數(shù)字調(diào)幅廣播軟件化接收技術(shù)應(yīng)用分析

在無線電廣播中，數(shù)字調(diào)幅廣播軟件化接收技術(shù)基于多模式廣播接收整合技術(shù)內(nèi)容展開，它迎合當(dāng)前大部分無線電廣播收音機(jī)所采用的集成電路來實(shí)現(xiàn)廣播調(diào)幅與廣播接收機(jī)相互集成，保證無線電廣播既能播放短波調(diào)幅廣播，也能播放立體聲調(diào)幅廣播，屬于典型的數(shù)字調(diào)諧模式。

目前，從模擬接收到數(shù)字接收過程中，基本采用到了數(shù)字化方法，像基帶數(shù)字化、射頻直接數(shù)字化、中頻數(shù)字化就是其中比較主流的3種數(shù)字化技術(shù)方法。圍繞這3種數(shù)字化技術(shù)方法所建設(shè)的最理想數(shù)字接收模型，主要從無線電廣播電臺天線進(jìn)入信號，再經(jīng)過濾波方法來放大信號，通過A/D、D/A來實(shí)現(xiàn)無線電廣播數(shù)字化。整體來看，該技術(shù)內(nèi)容結(jié)構(gòu)相對簡單，能夠?qū)⒛M電路數(shù)量結(jié)構(gòu)降到最低程度，同時其數(shù)字化處理部分卻有所增加，這就保證了信道抽取與零中頻變換效率，也實(shí)現(xiàn)了通過DDC輸出信號來為DSP完成軟件解調(diào)處理過程。在信號檢測部分，則主要利用DSP技術(shù)調(diào)用相應(yīng)程序包，用到了DSP模塊相對強(qiáng)大的運(yùn)算能力，使數(shù)字無線電廣播平臺功能得以全面發(fā)揮。

從技術(shù)角度詳細(xì)來講，數(shù)字調(diào)幅廣播軟件化接收技術(shù)作為一種無線電技術(shù)，能夠深層次考慮到無線電廣播平臺接收機(jī)結(jié)構(gòu)，提供更為經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)融合方式。而且，由于相比傳統(tǒng)技術(shù)它所設(shè)置的模擬電路更少，集成度更高，所以，其接收終端也相對小巧，在射頻采樣結(jié)果方面對A/D、D/A器件的要求有所提升，對后繼數(shù)字處理部件的技術(shù)處理過程也更加嚴(yán)謹(jǐn)。比如，在射頻采樣技術(shù)過程中，就利用射頻低通或射頻帶通進(jìn)行采樣。以射頻低通采樣為例，可根據(jù)Nyquist采樣技術(shù)定理對數(shù)字無線電廣播的頻率帶限信號x(t)中的頻帶進(jìn)行限制（限制于（0，fH）范圍內(nèi)）。另外，要保證其采樣率不小于fs=2fH，且要對x(t)進(jìn)行等間隔采樣，并得到離散采樣信號x(n)=x(nTs)，最后保證完全表示原信號x(t)。在無線電廣播頻帶上，要以調(diào)頻工作頻率最高為基準(zhǔn)來設(shè)置采樣率，并給出采樣率的最低要求應(yīng)為fs=216 MHz。以目前的數(shù)字無線電短波廣播為例，按照我國所規(guī)定的頻率范圍（3.2～26.1 MHz），它的帶寬應(yīng)該在22.1～22.9 MHz。這里依據(jù)帶通采樣定理就能設(shè)定一個頻率帶限信號x(t)，它的頻率要限制于(fL,fH)范圍內(nèi)，以滿足采樣數(shù)率fs，最終得出：

再一點(diǎn)，為有效避免鏡像干擾，還要在數(shù)字調(diào)幅廣播軟件化接收技術(shù)中采用二次變頻技術(shù)，將原有的頻率混頻（10.7 MHz）轉(zhuǎn)換為二次變頻（465 kHz），基于這一特點(diǎn)來建立接收機(jī)，調(diào)整FM、AM通道，同時將A/D轉(zhuǎn)換為相對固定頻率，以便于數(shù)據(jù)采樣與后繼處理。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字調(diào)諧技術(shù)與數(shù)字化無線電廣播平臺中的所有電路兼容，在一定程度上放寬濾波器帶寬，保證無線電廣播中對軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用性價比達(dá)到最佳水平[2]。

3 無線電廣播中的OFDM技術(shù)應(yīng)用分析

在數(shù)字無線電廣播技術(shù)平臺上，OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用技術(shù)）也是具有一定技術(shù)特色的軟件無線電技術(shù)。它采用的是不連續(xù)的多音調(diào)技術(shù)，基于載波中不同頻率的大量信號來實(shí)施信號合成，最后完成信號數(shù)據(jù)有效傳送。該無線電軟件技術(shù)在數(shù)字無線電廣播平臺中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對雜波干擾傳送信號能力的優(yōu)化，非常適用于某些外界抗干擾能力偏差的傳輸介質(zhì)。

從技術(shù)層面講，OFDM技術(shù)所采用的分支技術(shù)就包括MCM多載波調(diào)制，它能有效克服多徑接收，提高系統(tǒng)傳輸碼率。如果無線電廣播電臺在調(diào)制機(jī)制中只采用一個載波信號，就能通過數(shù)據(jù)調(diào)制來實(shí)現(xiàn)高頻載波傳輸，在OFDM技術(shù)中則會采用復(fù)數(shù)載波信號進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，降低傳輸比特速率，保證數(shù)據(jù)傳輸速率降低，信號波形周期加長，進(jìn)而避免信號波形間產(chǎn)生不必要干擾。

此外，OFDM技術(shù)能夠?yàn)閿?shù)字無線電廣播平臺技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻域內(nèi)給定信道多正交子信道建設(shè)，基于單獨(dú)子載波來調(diào)制信號數(shù)據(jù)內(nèi)容，并通過子載波實(shí)施信號傳輸，保證信道頻響曲線是非平坦的。換言之，就是要豐富無線電廣播的頻率可選擇性，通過子載波來傳輸信號數(shù)據(jù)。而如果子信道是平坦結(jié)構(gòu)，則要通過窄帶傳輸，它的信號寬帶小于信道帶寬，可通過這種技術(shù)應(yīng)用類型來有效消除無線電廣播信號傳輸過程中的信號波形間干擾，從某種程度上提高頻譜效率。

當(dāng)然，OFDM軟件無線電技術(shù)的使用也為數(shù)字無線電廣播平臺提出了更高要求，因?yàn)樵摷夹g(shù)對于相位噪聲相當(dāng)敏感，這是因?yàn)樽有诺乐械念l譜可能存在相互覆蓋現(xiàn)象，這就間接為系統(tǒng)正交性提出了更高要求。在應(yīng)用OFDM技術(shù)的過程中應(yīng)充分考慮到無線信道中所存在的時變形，以及OFDM系統(tǒng)子載波中所存在的正交性，這也是為了避免子信道信號受到相互干擾而影響無線電廣播信號傳播質(zhì)量。所以，在設(shè)置OFDM接受機(jī)時，應(yīng)深入研究其載波頻偏所對應(yīng)的估計與恢復(fù)技術(shù)應(yīng)用過程，保證數(shù)字無線電廣播平臺中的數(shù)字調(diào)幅廣播系統(tǒng)與OFDM同步接收機(jī)技術(shù)相互協(xié)調(diào)，最終達(dá)到載波頻率同步的技術(shù)目的。

如圖1所示，在數(shù)字無線電廣播平臺中應(yīng)用OFDM技術(shù)，可以看到其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各個模塊之間可能會存在相互影響。為避免這一相互影響問題，必須消除這些干擾（主要是符號間干擾與子載波間干擾）。一般可在信號數(shù)據(jù)中插入循環(huán)前綴，配合OFDM時域符號來擴(kuò)大信號延擴(kuò)展值，并明確符號起點(diǎn)、時延以及導(dǎo)頻三者之間的關(guān)系[3]。

圖1 數(shù)字無線電廣播平臺中OFDM技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)示意圖

4 結(jié)語

本文對數(shù)字無線電廣播中的軟件無線電技術(shù)——數(shù)字調(diào)幅廣播軟件化接收技術(shù)與OFDM技術(shù)進(jìn)行了深入分析，指出二者對于當(dāng)前數(shù)字無線電廣播平臺應(yīng)用的具體功能作用，即它們都能實(shí)現(xiàn)對平臺信號數(shù)據(jù)的有效傳播與干擾降低，并具有較高的控制單元分散處理能力，有效減少信號傳輸時延，對未來無線電廣播技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展具有極高的實(shí)用價值。

[1]薛虎.無線電廣播中軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用[J].科技傳播,2017(22):157-158.

[2]席鶴鵬.關(guān)于數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中的軟件無線電技術(shù)探究[J].電子制作,2015(17):93.

[3]陳曉毅.數(shù)字廣播接收機(jī)的軟件無線電研究[D].杭州:浙江大學(xué),2005.