數字廣播電視中軟件無線電技術的應用分析

劉新哲

（邯鄲新聞傳媒中心 河北 邯鄲 056002）

0 引言

軟件無線電技術是繼模擬和數字技術后又一次電子技術革命，也是現代計算機技術、超大規模集成電路和數字信號處理技術在無線電技術通信中應用的產物。軟件無線電技術是一種新興的通信系統模式，以硬件平臺為基礎，軟件編程為主體，改變傳統無線電臺功能單一化的設計理念。軟件無線電技術的設計原理可以減少功能單一、應激性差的硬件電路，尤其是減少模擬環節，把數字化轉換靠近天線。軟件無線電技術具有較強的靈活性和開放性，通過對軟件的升級就能改變硬件配置結構，同時擁有全新的功能。其優勢在軟件無線電技術通信領域得到了廣泛運用，也是實現數字廣播電視新模式的重要因素[1]。

1 數字廣播電視及無線電技術

1.1 數字廣播電視發展需求

近年來，數字技術的應用已經在人們生活中隨處可見，大眾對大屏幕投影的畫質、聲音的質感和智能體驗有了更高的要求，隨著軟件無線電技術迅猛發展，數字廣播電視功能有了很多創新。例如在音頻方面，目前數字電視可以做到智能感應視頻的音源并切換不同聲音；在視頻畫質方面，觀眾可以根據所觀看視頻的光源和色彩頻段智能調節畫質，以帶來更好的視聽感受；在其他輔助業務中還包括語音智能人機對話功能、節目點播功能、視頻攝像頭監控功能、卡拉OK功能。這些數字廣播電視所擁有的功能是老式廣播電視無法逾越和比擬的。

數字廣播電視信號在傳輸過程中遇到問題是比較常見的。如傳輸工程中產生電阻，以及電纜的磨損、電纜設備方面相關的影響因素都會導致損耗一定的高頻信號使信號不穩定。

隨著越來越多的智能家電進入每個家庭，例如手機、電腦、智能家電等都成為現代家庭必不可少的物品，這些設備在使用過程中會產生一定的電磁波，影響數字信號的傳輸，導致終端出現錯碼和亂碼，然而這種情況是不可避免的，人們只能爭取將損失降到最小。

網絡是信號傳輸的重要組成部分，需要外部接口進行連接。由于使用外部接口連接，長期使用就會造成磨損。光纖作為數字廣播電視的重要傳輸部分，保證光纖的使用和傳輸質量是重中之重。

高質量的電視畫面要靠電視信號的傳輸質量和穩定性來保證，電視在播放中突然出現雪花點或者黑屏都是系統出現亂碼導致，這種現象叫作影像失真。要保持電視畫面的穩定性，研究人員需要不斷升級系統和提升技術，并從源頭解決此問題，利用新技術來穩定電視轉播畫面。

1.2 無線電技術內容及作用

軟件無線電技術的優點很多，比如系統互通功能，可實現輕而易舉地更新換代且成本低；處理信號能力強，使系統減少被干擾的可能性；可運用在各種硬件耗材中，在體積上也沒有具體的限制。所以目前在數字廣播電視系統中大放異彩。

另外，軟件無線電技術通用性高，通用平臺是其發展的基礎。平臺結構包括信號速率、業務種類、高頻寬帶等等，通過軟件控制后，用戶可以對平臺的工作結構進行調試和操作。這樣可以在同一個工作結構平臺下轉變為不同技術同時存在的通信系統。在保證硬件平臺穩定運行的前提下，升級軟件平臺系統就可以使技術適時改變和升級，并且可以實現多種業務同時存在，開放性非常高。隨著芯片技術和互聯網技術的發展，軟件無線電技術在數字廣播系統中也起著非常重要的作用。

數字廣播電視系統運行從模擬信號全面向數字信號過渡，目前數字廣播電視系統想要獲得更多的模擬信號，主要依靠A/D技術，途徑是轉化器不斷向射頻天線靠近。在無線電技術快速發展的今天，數字廣播電視系統在產生了數字信號以后，就可以用寬帶提供的數模轉換器將數字信號轉換成模擬信號。

軟件無線電技術硬件平臺結構比較復雜，包含多種數據和結構。同時硬件平臺的通用性和開放性優勢很大，首先多樣化的數據源在訪問方面可以進行多樣化選擇，然后再調試。需要注意的是，不同的系統調試方式也會有所變化。軟件平臺方面操作相對簡單，采用的技術是分層處理模式。

當前，調頻廣播行業中依然存在許多的競爭，部分企業逐步向調頻廣播數字化方向發展。數字信號和模擬信號兩者之間是并存狀態，研究人員可以依據此情況開展新型的信號設備的研發?，F階段常用寬帶過于狹窄且有不穩定的信號波動，為了能夠進一步將無線電技術運用到數字廣播電視系統中，還需要對軟件無線電技術和當前數字廣播電視的發展制定出具有針對性的方案。

無線電技術主要是借助無線電波來完成信號的傳輸，先通過強電流和弱電流之間的轉換和調制信號，然后將信息附加到無線電波中把信號傳輸出去，當信息傳達到終端后，通過解碼把信息提取出來，這就是完整的信息傳輸技術。將無線電技術強化到數字廣播電視系統中，可以從根本上提高數字廣播電視的信號傳輸率，通過無線電技術使信號質量提高，增強數字廣播電視的畫面和音頻等的穩定性，對數字廣播電視的發展起到了至關重要的作用。數字廣播電視借助無線電技術，干擾信號出現率明顯下降，空間數據傳輸的效果非常明顯，從本質上改善了傳輸距離和傳輸質量，軟件無線技術成為數字廣播電視系統中不可或缺的關鍵因素。

軟件無線電技術在數字廣播電視應用中可以實現信號傳輸效益和信號質量的全面提升，在頻譜資源融合基礎上發展了數字廣播電視的兼容性，為數字廣播電視的發展奠定了良好的基礎。

2 數字廣播電視中軟件無線電系統的主要框架

2.1 軟件無線電系統平臺架構

軟件無線電技術是一種新興的無線電通信方式，其通用性較高，可以實現各種通信系統的互聯、升級，是一種可實現多頻段、多模式、多功能的通信體制[2]。軟件無線電的硬件包括電源、天線、多頻段射頻轉換器、寬帶A/D和D/A轉換器和數字信號處理（digital signal processor，DSP）。理論上的軟件無線電結構如圖1所示。

圖1 理論上的軟件無線電結構圖

天線一般要求覆蓋頻率較寬，而且每個頻段的特性要均勻，這樣可以滿足傳輸需求。智能天線是在軟件無線電的基礎上升級的天線設計新概念，是數字多波束形成（digital beam forming，DBF）技術與軟件無線電相融合的技術，如圖2所示。

圖2 無線電的智能天線的組成結構圖

無線電技術包含了軟件技術和硬件技術，硬件技術往往會限制軟件技術的發展，所以應對硬件技術的要求有所提高，硬件技術全面發展可以減少系統占用的空間，提高系統使用率。

2.2 硬件平臺

軟件無線電技術建立了規范的、多用性的、模塊化的硬件平臺，它涵蓋的應用性更多，比如更高的自由性和更強的延展性，這是軟件無線電技術的基本要素。軟件電臺技術的硬件平臺相對復雜一些，不管是寬頻模數、寬頻數模轉換器，還是數碼變頻器等，都是構成一個硬件平臺的重要部分?？紤]到生活中對無線電技術的應用需求，同時也要考慮到硬件平臺各部分的正常運轉，這樣才能保證各部分之間的相互融合，使無線電技術水平得到提高。同時無線電技術的硬件平臺也包含了較多的部件，硬件平臺可對數字、文字、音頻等進行保存，在獲取系統中的信息源時，有明確的編碼，并且針對不同信息源采取的方法也不同，用不同的調節方式去調節不同的系統，才可以保證系統的兼容性。

2.3 軟件平臺

軟件平臺設計使用的軟件無線電技術，分層模式主要以開放系統互聯參考模型為基礎。主要包括數字信號處理所產生的質量、各種無線電信令系統等。無線電技術在生活中的應用，不僅需要考慮到各個行業的發展需求，還要考慮到無線電技術本身所具有的特點，才能確?？梢猿浞值匕l揮無線電技術自身的優點。分層軟件模式是無線電技術軟件平臺運行的關鍵因素，主要是因為無線電技術的軟件平臺具有延展性、自由性等特點，但在使用過程中仍需要對各種數據和影響因素進行綜合分析，解決措施也需要有針對性，能夠有效地解決無線電技術軟件平臺的相關問題，使無線電技術在其他行業的發展能夠發揮輔助作用。

3 軟件無線電系統核心技術

無線電技術的出現是計算機技術和通信技術相結合而來的[3]。寬帶多頻段是最重要的組成部分，寬帶的速度決定了軟件無線技術發展，當前的網絡承載量，普通的天線已經不能滿足無線電信號的傳輸，多頻段的寬帶則可以滿足無線電技術信號的傳輸。要想滿足無線電技術的運轉還需要高速數字信號處理技術。傳輸的信號經過其他部分的處理過后交給高速數字信號處理軟件再進行處理，可見高速數字信號處理技術的重要性。在無線電的使用中，對數字的處理能力也是非常重要的，高速數字信號處理器技術運用到含有大量運算處理過程中可以最大化地提高效率。數模轉換器和模數轉換器在無線電技術中可以把超高的數字頻段數字化。無線電技術中接口的應用范圍也很大，軟件無線電中的信號傳輸速度非常快，運行數據和結構不同會導致匹配成功率低，大部分虛擬無線電網絡的多樣性和機動性可以提高工作效率。

無線電技術中不可缺少的一個部件就是發射機，發射機的重要系統有模擬處理系統、數字編碼發射系統和調試系統。數字編碼是處理數字信號的，發射系統和模擬處理系統處理數字的相位。中頻數字化結構是信息發射和接收時應用最普遍的一個部分。數字信號傳輸可通過多頻段的寬帶傳輸到射頻部分，運用模數或者處理器數模處理器可以把各種數字信息進行多樣化的轉換。最后一步就是將信號傳輸到數字信號處理器中，數字信號處理器可以靈活地處理，最大化地減小外部的影響。根據具體的情況調整接收的頻率，這樣對信號的判斷可以更加準確，可以更快地發現錯誤編碼并且改正。數字廣播電視中的軟件無線電技術在接收信息的時候會通過模擬變頻器把不同的信號轉換成相同的信號，隨后這些信號都會傳輸到高清晰度電視（high definition television，HDTV）中處理。HDTV不僅可以糾正不同類別的信號，而且還能調節各種信號，把它們歸類整理，使信號傳輸的準確率提高，減少不必要的消耗。相比傳統的信息傳播技術，使用軟件無線電技術對信號進行分析和應用，會比使用多種模塊來處理數據的傳統信息傳播技術更加簡潔高效。HDTV可以做到多種類型的數字信號編碼匹配，同時根據信號類型而改變或者升級，做到成本上的降低。

4 軟件無線電應用分析

處于5G時代和大數據時代，數字廣播電視的快速發展離不開無線信道多樣化的調試方法。消費者需要更好的配置和體驗感，軟件無線電技術的應用正好可以匹配消費者的需求，軟件無線電可以使各種模式最優化配置，這與傳統調試有著很大的不同[4]。

通過傳輸媒介的電視信號首先經過模擬變頻成為符合A/D采樣的寬帶信號，隨后經過A/D數字化后進行信道處理，同時輸出多路正交基帶信號，由數字變頻對寬帶內的信號進行數字正交變頻和采樣率變換，變為與信號帶寬相適應的低采樣率的基帶正交數字信號。當多頻段寬帶匹配進來，多頻段的寬帶可以滿足無線電技術信號的高速傳輸，也可以實現雙向傳輸。數字廣播電視如果包含了發射部分，使數字廣播電視可以包含軟件，消費者就可以根據自己的喜好來進行選擇點播視頻、音樂等，也可以進行視頻通信和上網。這樣數字廣播電視就變成了數字化產品。通用的HDTV接口既可以處理數字信號也可以處理非數字信號，具有非常廣泛的應用。開放性更好的硬件平臺可以滿足消費者的多種需求，如圖3所示。

圖3 基于軟件無線電原理的數字廣播電視接收系統

軟件無線電技術是新時代的產物，相比于傳統的無線電通信方式更適用于廣播電視的技術發展和市場需要。軟件無線電技術的核心技術就是原有的系統通過軟件編程的模式對其進行升級改良。軟件無線電技術相比傳統無線電更符合消費者的需求，在市場上一定大有作為[5]。

目前由于大眾消費者的選擇，各種制式機頂盒會和數字電視共同兼容。從國內成熟的電視接收機商家那里就能看出，現在廣播電視的機頂盒正在使用多種制式和數字電視共存的模式，數字廣播電視會迎來快速發展時期，信號覆蓋范圍會越來越大，還能幫客戶省下一筆不小的開銷。為了快速建設新的數字廣播電視系統，可以把多樣化的傳輸制式結合起來，再匹配相應的軟件，這樣能快速完成傳輸底層和終端的結合，目前這個方法已經被證實可靠。在數字電視廣播的發展過程中，研究人員應該在不斷地提升軟件無線電技術的同時，尋找更合適的資源與其匹配，這樣可以更好更快地推動軟件無線電技術的發展。

5 結語

數字廣播電視的快速發展離不開軟件無線電技術的支持，軟件無線電技術有效地提升了系統的使用率[6]。軟件無線電技術應用在數字廣播電視系統中，不僅是計算機技術、互聯網技術和無線電技術的融合，更是一項跨時代的技術革命。

互聯網通信技術和軟件技術的快速發展，電視與數字電視廣播系統、軟件無線電技術之間關系將越來越密切，軟件無線電技術的大面積普及和數字廣播電視的快速發展，將給消費者們帶來很大的便利，給社會帶來巨大的經濟效益。