數字廣播電視系統中的軟件無線電技術研究

韓淑梅

（山東省棗莊市廣播電視臺，山東 棗莊 277000）

0 引 言

軟件無線電技術能夠在數字通信的基礎上利用軟件實現對寬帶、頻率等的控制，達到提升信號質量和傳輸效益等效果，對于推動數字廣播電視系統發展發揮著十分重要的作用。國家十分重視軟件無線電技術在數字廣播電視領域的應用，先后出臺了《數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制》《地面數字電視廣播覆蓋網發展規劃》等一系列政策指導文件[1]，極大地推動了數字電視覆蓋水平，為廣大觀眾提供高質量數字電視廣播節目的同時，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 數字廣播電視與軟件無線電技術概述

1.1 數字廣播電視發展需求

數字廣播電視是在數字處理技術的支持下，將數字化音視頻、數據信號等進行編碼、調制、傳播、解碼，從而實現用戶端畫面、視頻及數據等的顯示，為用戶提供豐富多元的信息。數字技術的持續發展與進步，促進了數字廣播電視的業務拓展。數字廣播電視對時間、空間以及頻譜等的要求愈來愈高，需要在多項技術支持下完成資源關聯，繼而達到提升數據精度及其傳輸效益的目的，以此優化數字廣播電視的傳播質量，緩解傳播中可能出現的時延及多徑衰落等一系列問題。隨著時代的發展，數字廣播電視還需充分考慮到各類經濟性指標，通過現代化技術促進經濟效益的最優化，并從技術層面規避干擾問題，提升資源利用效率，最終打造靈活、有效且拓展性強的數字廣播電視體系[2]。

1.2 軟件無線電技術

在所有自由空間內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。對于各類射頻規范而言，下限頻率不易統一，最常見射頻 規 范 有3 kHz ～300 GHz、9 kHz ～300 GHz、10 kHz ～300 GHz 等。根據運行原理，軟件無線電技術是通過改變導體的電流強弱而實現電磁波磁場的變換，并在空間傳播的作用下，使得電磁波順利到達收信端。可見，對導體電流變化加以調節，即可提取不同的信息，最終實現信息傳播的目標[3]。

軟件無線電技術在數字廣播電視領域有著十分重要的應用，其能夠從根本上提升廣播電視信號傳輸效益，在某些技術支持下提升信號質量，避免廣播電視出現畫面或音質失真等問題。利用軟件無線電技術，能夠顯著降低數字廣播電視信號干擾率，提升空間數據傳輸效益，改善因傳播距離遠而導致的信號傳播質量下降問題[4]。目前，國內數字廣播電視中應用的軟件無線電技術主要包括四種，即空時無線電技術、核心層網絡技術、感知無線電技術及無線電資源管理技術等，如表1 所示。

表1 數字廣播電視中的軟件無線電技術

2 數字廣播電視系統中的軟件無線電技術

2.1 數字廣播電視系統中軟件無線電技術的架構

數字廣播電視中的軟件無線電系統包括硬件與軟件平臺的支持。其中，軟件平臺屬于互聯參考模型，呈分層結構形式，涉及函數庫、圖像編碼、信號流轉庫、調制算法庫等內容；而硬件平臺主要提供可拓展、通用開放的應用支持，包括模擬前端、傳輸介質、處理器等。在軟硬件平臺協同支持下，形成數字廣播電視系統軟件無線電平臺架構，如圖1 所示。

圖1 數字廣播電視系統軟件無線電平臺架構

2.1.1 硬件平臺

為了保障數字廣播電視系統的信號質量與傳播效益，軟件無線電硬件平臺的構建需要確保平臺的開放性、靈活性、可拓展性、模塊性，使各部分形成一個集成化體系。由于硬件平臺所涉及的數據源豐富多樣，因而需要加強信息源及信道的編碼，借助多路訪問技術，對模擬前端數據進行采集，再借助模數變換器、變頻器等的處理，將信號傳播至射頻前端，利用數模變換器以及數字信號處理器等對信號加以提取，完成信息處理的全過程[5]。

2.1.2 軟件平臺

為了保障數字廣播電視系統良好的貫通性與兼容性，無線電軟件平臺建設要盡可能選取分層軟件體系，依循硬件平臺需求配置最適宜的軟件，包括DSP 軟件、調制算法庫、編碼算法庫、函數庫、信號流編碼庫、信道糾錯編碼庫，建構起系統而層次化的無線電傳輸軟件體系，為數字廣播電視系統中軟件無線電技術的高效應用提供強有力的軟件支持。

2.1.3 核心技術

數字廣播電視系統中，軟件無線電技術的應用需要重點把握好帶寬多頻段技術，在工作帶寬基礎上設置帶寬多頻段。例如，利用組合式多頻段天線等實現信號傳播時，需要借助A/D 及D/A 技術配合轉換器，完成無線電模數及數模信號的轉換，由于操作中對頻率要求極高，因此需配合變頻技術調節信號的頻率，達到提升信號傳輸范圍的效果，繼而將信號傳送至RF 前端[6]。除了A/D 及D/A 技術，還需利用DSP 技術處理數字廣播電視信號，將中頻及基帶進行數字轉化。此外，接口技術也是軟件無線電系統應用的核心技術之一，是保障數字廣播電視系統高效運行的基礎。其中，總線接口技術、I/O接口技術尤為關鍵，前者應用時可適當引入VME 標準，后者則可選用PCII/O接口標準、USB接口標準等，以此提供靈活的接口指標，為增強數字廣播電視軟件無線電平臺的靈活性與通用性提供支持[7]。

2.2 數字廣播電視系統中軟件無線電技術的應用

數字廣播電視利用A/D 變換器盡可能靠近射頻天線的方式，將模擬信號盡可能早地轉變為數字信號，最大程度地通過數字信號處理（Digital Signal Processing，DSP）軟件來實現通信功能，這是軟件無線電技術應用于數字廣播電視的基本原理。

隨著音、視媒體數字化的迅猛發展以及調頻廣播競爭的不斷加強，全球加快了對調頻廣播數字化的研究。經過嚴格的實驗等，發展了數字調頻廣播系統（Digital Radio Mondiale，DRM）。理想的軟件無線電電臺應該能夠滿足通過軟件升級實現任何通信功能的增強或改變，適應全頻帶工作，然而因為DSP 處理技術限制、總線數據問題、寬帶A/D/A 工作帶寬以及采樣速率等現實因素制約，導致仍無法實現理想的軟件無線電系統。因此，為了降低研發成本和周期，在DRM 發射接收設備中應用軟件無線電技術，是當前的主要發展方向[8]。

2.2.1 DRM 接收機中軟件無線電技術的應用

廣播的頻率具有帶寬窄、信號動態范圍大的特點，因此在軟件無線電電臺的選用上應當慎重選擇。根據前期研究，一般選擇基于中頻采樣技術的體系結構，即可將帶寬變頻模塊增加到A/D/A 天線之間，將信號由全頻段轉換到固定中頻段，繼而對該中頻實施采樣，實現預定的效果[9]。

2.2.2 DRM 發射機中軟件無線電技術的應用

相對接收機而言，DRM 發射機的研發難度更大，周期更長。基于軟件無線電技術的DRM 發射機由數字編碼、調制子系統、模擬處理子系統及發射子系統4 個子系統構成，分別完成數字信號處理、信號變換以及信號放大及發射[10]。

3 結 語

軟件無線電技術是通過軟件編程對硬件平臺加以開發和構建，進一步提升硬件平臺的功能、拓展其應用范圍、提高其開發效率的一種技術。該技術強大的應用優勢使之在通信系統、電子對抗系統、相控雷達等多個領域均有十分重要的應用，尤其是在數字廣播電視等領域，軟件無線電技術的應用不僅極大地優化了數字廣播電視網絡的統一性與靈活性，還有效提升了系統軟件的性能與工作效率，通過持續升級使之不斷適應并銜接廣播電視系統的發展。可見，軟件無線電技術已然成為現階段按數字廣播電視系統的核心技術之一。值得思考的是，當前軟件無線電技術的應用仍受到硬件的局限性，特別是在分化頻率方面。為了彌補這一缺陷，需要為軟件技術提供一個包括寬帶等技術在內的硬件技術平臺，以此達到節約數字廣播電視系統空間、提升系統性能的目的。可見，關于軟件無線電技術在數字廣播電視系統領域的應用研究仍有待進一步深入。