廣播電視中短波無線發射系統的功率控制與資源管理

澤旺尼扎，黃玉龍

（西藏自治區廣播電視局察雅中波轉播臺，西藏 昌都 854300）

0 引言

在萬物互聯的時代，無線電技術在移動通信、衛星導航、廣播電視等領域的應用越來越廣泛。無線電頻譜的供需關系較之以往發生了較大的轉變。如何將有限的頻譜資源通過合理規劃、分配以提高經濟效益，如何加強無線發射系統的功率控制與資源管理，實現無線電頻譜的高效使用和可持續發展，成為當前的研究熱點。廣播電視在人們日常生活中扮演著重要的角色，在信息傳播方面有著傳統優勢，也是無線電應用的典型實例。本文將首先介紹無線電頻譜的概念、特點及其在廣播電視領域的應用，其次闡述當前國內無線發射系統中功率控制與資源管理現狀，最后針對廣播電視領域無線發射系統的功率控制與資源管理給出建議。

1 廣播電視中短波無線發射系統概述

1.1 系統組成和工作原理

發射機是廣播電視中短波無線發射系統的核心組成部分，包括調制器、功放器等關鍵設備，如圖1所示。其主要任務是將電視和廣播信號進行調制處理，并轉化為相應的無線電波。天線系統負責接收到的無線電波的輻射和傳輸工作，通常由天線和發射線路組成，根據系統需求選擇合適的天線類型和配置方式。調制與解調設備用于處理電視和廣播信號的調制和解調過程，作用是將源信號轉化為適合無線傳輸的信號格式，并在接收端將無線信號解調還原為原始信號。這些組成部分之間存在緊密的關系，發射機將信號進行調制處理后通過天線系統發送出去，天線系統負責將無線電波輻射到空間中并傳輸到接收設備，而調制與解調設備則處理信號的調制和解調過程。這些組成部分協同工作，使得電視和廣播信號能夠通過無線電波成功傳輸到接收設備，實現廣播電視的傳輸或播放。

圖1 廣播發射機的組成框圖

1.2 功率控制與資源管理的重要性

功率控制是調整發射機輸出功率的過程，以確保信號在傳輸過程中具有適當的強度和覆蓋范圍。合適的功率控制可以保證信號的傳輸質量，避免信號干擾和能源浪費。功率控制和資源管理密切相關，共同影響著廣播電視中短波無線發射系統的性能和效果。合適的功率控制可以通過調整發射機輸出功率，使得信號的強度適應不同距離和接收設備的需求，確保信號能夠被正確接收并保持足夠的覆蓋范圍。例如，在較遠的接收點，增加功率可以增強信號的穿透力；而在近距離的接收點，則可以適當降低功率，避免過度干擾。資源管理涉及對頻譜、帶寬和時間等有限資源進行合理利用和管理。優化資源管理策略和算法，可以提高系統效率和利用率，實現更好的信號傳輸和資源利用。頻譜資源是有限的，因此需要進行合理的頻譜分配和共享，以避免互相干擾和沖突。帶寬和時間等資源也需要進行合理調度和管理，以滿足不同信號傳輸需求和用戶服務質量要求。通過資源管理的優化，可以提高頻道容量，實現更多信號的傳輸，并降低系統的運營成本[1]。

2 功率控制技術研究

2.1 功率控制方法

功率控制在廣播電視中短波無線發射系統中起著重要的作用，可以通過靜態和動態兩種方式進行控制。

靜態功率控制是基于固定功率設置的方法。固定功率控制是一種簡單直接的方法，在特定環境下選擇一定的功率水平進行傳輸。然而，這種方法無法適應不同的傳輸距離和接收設備需求。為了解決這個問題，可以采用區域功率控制的方法，將傳輸區域劃分為不同的區域，為每個區域設置不同的功率水平，以滿足不同區域的信號覆蓋要求。

動態功率控制是根據實時的傳輸環境和接收設備狀況進行功率調整的方法。自適應功率控制是一種常見的動態功率控制方法，根據接收設備的反饋信息和信道狀態，實時調整發射機的功率水平，以保持信號質量和能效。增益控制是根據信號路徑衰減和干擾情況來動態調整發射機和接收機的增益，以優化信號傳輸質量和能效。協同功率控制通過與其他發射機或基站之間的協調和通信，實現功率的優化分配和協同傳輸，以避免干擾和頻譜沖突，提高系統效率和資源利用[2]。

靜態功率控制和動態功率控制都是廣播電視中短波無線發射系統常用的功率控制方法，通過固定或實時地調整發射機的功率水平，以保證信號質量、提高能量效率并優化頻譜資源利用。

2.2 功率控制對系統性能的影響

合適的功率控制不僅可以確保信號達到接收設備的要求，減小信號衰減和干擾，提高信號的傳輸質量和可靠性，還可以避免過度消耗能源，提高系統的能量效率。在滿足信號質量要求的前提下，合理控制功率可以降低功率水平，減少能源浪費。功率控制還可以通過優化頻譜資源的利用來提高系統的容量和吞吐量，支持更多的用戶和信號傳輸需求。合適的功率控制可以減小干擾，提高系統的互操作性和頻譜利用效率。通過控制和優化功率，可以減小信號的傳輸范圍，降低互干擾的可能性，實現頻譜資源的最大化利用。因此，功率控制在廣播電視中短波無線發射系統中起著重要的作用。

3 資源管理技術研究

3.1 資源管理的定義和目標

資源管理是廣播電視中短波無線發射系統的關鍵技術之一，旨在有效地管理系統涉及的各種資源，包括頻譜、帶寬和時間等，以滿足用戶的需求并提高系統性能。資源管理的目標主要包括。通過合理的資源管理策略和算法，最大限度地利用可用的頻譜、帶寬和時間資源，提高系統的資源利用效率，從而實現資源利用率最大化。根據用戶需求和服務質量要求，合理分配資源，保證用戶享受到穩定、高質量的廣播電視服務，從而優化用戶體驗。通過優化資源管理，提高系統的容量和覆蓋能力，支持更多的用戶和信號傳輸需求，從而提升系統容量。因此，資源管理對于廣播電視中短波無線發射系統的正常運行和持續發展起著至關重要的作用。

3.2 資源管理策略

3.2.1 頻譜資源管理

頻譜分配是根據不同業務和用戶需求對可用頻譜資源進行合理的分配和劃分，以避免干擾和沖突。動態頻譜共享采用動態頻譜分配技術，根據實時的頻譜使用情況和需求，實現頻譜資源的共享和動態分配。通過頻譜分配和動態頻譜共享的策略，可以有效地提高頻譜資源的利用效率，避免頻譜浪費，滿足不同用戶和業務的需求。這種靈活的頻譜管理方式為廣播電視中短波無線發射系統提供了更好的頻譜利用效果和服務質量。

3.2.2 帶寬資源管理

帶寬分配是根據不同業務對帶寬的需求，采用合適的調度算法和策略，將可用帶寬資源進行優化分配，以實現公平性和效率性的平衡。為了滿足系統和用戶對帶寬的要求，還需要通過帶寬控制來控制信號傳輸的速率和質量。通過帶寬限制和調整的方式，可以在保證服務質量的前提下，實現對信號傳輸速率和帶寬使用的有效控制，從而保證系統的穩定運行和用戶的滿意度。因此，在廣播電視中短波無線發射系統中，帶寬分配和控制是關鍵技術，對于保證系統性能和用戶體驗具有重要作用。

3.2.3 時間資源管理

時間分配是將可用的時間資源根據業務需求進行合理分配和調度，確保不同業務之間的時間交錯和沖突，提高系統的容量和效率。在時分多址或時分復用系統中，時隙管理是關鍵技術之一。通過采用合適的時隙管理算法和策略，對時隙進行分配、調度和利用，可以有效地控制時隙的使用，從而避免時隙的浪費和沖突，提高系統的時隙利用率。在廣播電視中短波無線發射系統中，時間分配和時隙管理都是重要的技術手段，可以提高無線傳輸系統的性能和效率，滿足用戶的需求。

3.3 資源管理的優化方法和模型

資源分配算法通過研究資源分配問題的特點和約束條件，設計和優化相應的算法，以實現資源的最優分配和利用。常見的算法包括線性規劃、整數規劃和啟發式算法等。資源管理模型建立了資源管理的數學模型，綜合考慮資源的優化分配、用戶需求和系統性能指標，采用優化方法進行求解。常見的模型包括最大化資源利用率模型、最小化干擾模型和最大化系統容量模型等。機器學習和人工智能技術的應用為資源管理帶來了新的可能性。通過對大量數據的分析和學習，機器學習和人工智能技術可以實現資源管理策略的智能化和自適應優化，進一步提高資源的有效利用水平和系統的性能。資源分配算法、資源管理模型以及機器學習和人工智能技術在廣播電視中短波無線發射系統中扮演著重要的角色，為提升系統效率和用戶體驗提供了有效手段[3]。

4 功率控制與資源管理系統設計

4.1 系統需求分析

在廣播電視中短波無線發射系統中，功率控制與資源管理系統的設計需要全面考慮以下需求。首先，功率控制需求要根據不同業務和用戶需求，精確控制發射功率，以確保信號傳輸質量和覆蓋范圍。其次，資源管理需求要有效地管理系統所涉及的頻譜、帶寬和時間等資源，以最大限度地利用資源并提高系統性能。最后，數據監測需求要實時監測系統的運行狀態和性能指標，收集和分析相關數據，并將結果反饋給系統管理者，以進行調整和優化。綜上所述，功率控制、資源管理和數據監測是廣播電視中短波無線發射系統中不可或缺的需求，為系統的穩定運行和優化提供了基礎支持。

4.2 系統架構設計

基于上述需求，功率控制與資源管理系統的架構設計應包括以下主要組成部分。

功率控制模塊負責根據用戶需求和系統要求對發射功率進行精確控制和調整。該模塊需要實時與發射設備通信，根據監測數據和反饋信息，動態調整功率參數，以確保信號傳輸質量。

資源管理模塊用于管理廣播電視系統的頻譜、帶寬和時間等資源。該模塊需要實現資源的分配、調度和優化，以最大限度地滿足用戶需求并提高系統資源利用效率。

數據監測與反饋模塊負責實時監測系統的運行狀態和性能指標，收集和分析相關數據，并向系統管理者提供準確的監測報告和反饋信息。該模塊可以采集功率、頻譜利用率、帶寬占用等數據，并提供可視化界面或報表展示，從而幫助管理者了解系統運行情況并做出相應調整。

功率控制與資源管理系統的架構設計應考慮到功率控制模塊、資源管理模塊以及數據監測與反饋模塊，以滿足廣播電視中短波無線發射系統的需求。

4.3 數據監測與反饋

功率控制與資源管理系統可以通過實時數據監測、數據分析與處理以及反饋與調整等功能模塊完成。系統采集廣播電視中短波無線發射過程中的相關指標，包括功率、頻譜利用率和帶寬占用等信息。基于這些數據，系統進行分析和處理，提取有用的信息并生成相應的報告和可視化界面展示。系統還可以將監測結果和分析報告反饋給系統管理者，以便進行調整和優化，保證系統的正常運行和性能優化。通過以上功能模塊的設計和實現，功率控制與資源管理系統可以實現發射功率的精確控制和調整，資源的優化分配和利用，為廣播電視中短波無線發射系統的運行和管理提供有效支持[4]。

5 功率控制與資源管理的協同作用

功率控制功能通過對無線發射系統的輸出功率進行精確控制，可以調整信號的傳輸強度和覆蓋范圍，對于確保信號質量、減少干擾以及滿足不同傳輸需求非常重要。功率控制功能可以根據特定的時間段或頻道需求進行靈活設置，使得系統能夠適應不同節目的播放要求和信號傳輸距離的變化。資源管理功能則關注無線發射系統的可用頻率、信道和帶寬等資源的合理分配和利用。通過資源管理，可以避免頻率沖突、資源浪費和效率低下的問題。該功能可以實時監測和跟蹤不同資源的使用情況，根據需要進行動態分配和優化，確保資源的最大利用率[5]。

系統根據預設的節目排播計劃，通過功率控制功能自動調整不同節目所需的功率級別。資源管理功能會檢查并分配相應的頻率、信道和帶寬，以保證節目的順利播放。例如，在高峰期或重要節目播出期間，系統會自動提高功率并優化資源分配，以確保信號的穩定性和覆蓋范圍。通過資源管理功能，系統可以根據實時的資源利用情況，合理選擇可用的頻率和信道，避免頻率沖突和資源浪費。功率控制功能可以根據實際需求進行功率調整，使得系統在滿足傳輸效果的前提下盡量節約能源。這樣不僅能夠提高系統的效率，還能減少資源的消耗和運行成本。

6 結語

無線電頻譜資源是人類共享的寶貴自然資源，受當前技術的限制，頻譜寬度難以拓寬，但各行各業對頻譜資源的需求日益增長，原有的頻譜利用技術如頻分復用等已有疲態之勢。廣播電視是民用無線電的典型應用實例。從該領域入手，嘗試進行無線電頻譜資源創新型管理，完善相關管理措施，優化無線電頻譜資源分配，合理利用有限的資源，對于無線電行業的高效和可持續發展有著重要作用。