軟件無線電技術在廣播電視中的應用

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摘要：在信息時代的今天，軟件無線電技術在現實生活中，特別是在數字廣播電視系統中的應用極其普遍。它不僅僅是計算技術與無線技術的結合，更是一次電子信息技術的革命。隨著電子技術的進步和時代的向前發展，無線電技術已經實現了從單工通信至雙工通信革命性的轉變，隨后出現了模擬信號通信、數字信號通信等新的手段，最后演變成了當下的數字廣播電視技術。本文對軟件無線電技術的具體結構、硬件軟件平臺和核心的技術進行了深入的討論。

關鍵詞：軟件無線電技術；數字廣播電視系統；應用軟件

無線電技術最早應用于軍事研究。1992年6月，MALTRE公司的Joe.Mitela在美國國防部的遠程系統會議中首次創造了軟件無線電（Softwareradio，SWR）的概念，并把它排在軍事技術研發中優先等級非常高的位置。盡管已經經歷了幾十年的發展，目前無線通信領域仍然存在著許多問題，例如：新的通信標準及體制層出不窮，研發出來的通信產品生命周期非常短，研發費用很高。多種通信體制的同時存在造成了很多研發上的資源浪費，因而對不同體制間的兼容的要求也越來越強烈。除此之外，隨著使用的推廣，無線的頻帶日趨擁擠，這對通信系統的抗干擾能力及頻帶利用的效率都有了更高的要求。所以，以往把硬件作為核心的無線通信設計理念開始難以適應局勢，針對這些難題，軟件無線電技術應運而生。軟件無線電的核心思想是以創造一個標準的、適用性廣泛的、模塊化的硬件平臺，以軟件編程作為實現無線電臺功能的主體，改變以硬件為主、功能單一的傳統電臺設計方法與理念。軟件無線電技術的設計手法可以減少功能單一、應激性差的硬件電路，特別減少了模擬的環節，把數字化處理(D/A與A/D變換)盡量貼近天線。軟件無線電技術的體系講究全面的開放性及可編程性，使用者僅僅通過軟件的更新就能改變硬件的配置結構，進而實現全新的功能。這是這種優勢，軟件無線電技術短短幾年就在通訊領域得到了廣泛推廣。

1軟件無線電技術介紹

1.1硬件平臺

軟件無線電技術建立了標準的、適用性廣泛的、模塊化的硬件平臺，這個硬件平臺具有很多優良特點，比如可拓展性高、開放性強，是軟件無線電技術的物質基礎。軟件無線電技術的硬件平臺通常是由下列幾個部分構成的。①數字上下變頻器；②模擬前端；③高速數字信號處理器；④寬帶模數變換器（A/D）；⑤寬帶數模變換器（D/A）。發射的數據源種類異常繁多，既可以是普通數據也可以是被轉換的視頻語音數據等輸出的數據，數據首先要經過信源編碼（采用MPEG或FPEG編碼），再經過信道的編碼，當然也可以在信道的條件下采用聯合編碼的方式，多路訪問也有多種方法，例如，CDMA、DMA等。不同的制式系統下，調制部分有著不同的調制方法，比如FSK、KPSK、QPSK及DQPS等。它們必須互相兼容，調制部分還包括預設定的信息處理，比如：比特同步處理、字節同步處理等。最后數據經過上下變頻、D/A變換輸送到RF的前端，最后依靠天線發射出去。上述的變換過程存在多路重復占用的情況，數據傳輸速率理論可達10Mbps。如果再進行調制解碼、上下變頻，傳輸速率最高能達到60Msaos（引兆采樣次數的秒速率)。數據的接收過程與發射過程剛好相反。軟件無線電技術的基礎結構通常采用往往采用以VMF(標準虛擬機環境)總線，支持并行線及多處理機。

1.2軟件平臺

軟件無線電技術的軟件設計使用以開放系統互聯（OSI）參考模型為基礎的分層軟件結構，支持消費者自主定制的模塊化設計，包括基本的算法以及功能模塊，下面具體列出：①函數庫和DOS的指令；②信號流轉換庫；③FIR.I濾波與FFJ波變換以及波形合成；④DPSK、AM、FM、FSK、擴頻等調制算法庫；⑤各種無線電信令規程庫PRE-LTP，PCM，CVSD等話音編碼算法庫；⑥JPEG、MPEG、H261等圖像編碼；⑦信道糾錯編碼庫開放性的重要評價標準是軟件程序是否具有可重用性，是否能兼容于由不同硬件生產商提供的硬件平臺；接口是否是具有標準的軟件功能模塊。對此，國內外提出了很多種實現無線電的軟件技術方法，特別是實現軟件的即刻使用（PlugxPlay）方面更是突出。對比這些方案，發現其共同特點是結構上的層次化、功能上的模塊化。不同之處是具體的劃分界限及功能模塊之間的接口。

1.3關鍵技術

現代無線電技術是計算機與通信技術發展相結合的新技術。第一，多波段帶寬是軟件無線電的核心技術，軟件無線電的工作范圍是1MHz~4GHz，如果使用以往天線定義的方法，受天線長度的約束，可能會對信號的傳輸產生干擾。第二，使用模數或者數模技術，使轉換裝置與天線的間距縮短，將它們轉移到射頻前端，使高頻信號轉化為數字信號，這個過程需要的工作頻率和數據采樣頻率的要求非常高。另一方面，多變的工作環境對ADC和模數轉換的速度要求更高，動態范圍的區間更加大，同時滿足數據傳輸的要求，應注意ADC的采樣率是否符合要求。第三，快速的數字信號處理技術及DSP技術同樣是軟件無線電技術的關鍵領域，數字信號經過模數轉換裝置后，接受DSP軟件的再次處理，軟件無線電技術的關鍵是數字處理速度及能力。硬件設施和軟件程序是影響無線技術最重要的因素，硬件技術限制了實際應用中的軟件無線電技術的應用，特別是在模塊分化領域，所以應該加大對硬件研發的資金投入，為軟件技術的應用提供基礎。

2軟件無線電技術在數字廣播電視系統中的應用

現代數字廣播電視的基本原理模擬信號與數字信號之間的相互轉化，并且轉化過程過渡良好。A/D轉換裝置通過射頻天線獲得模擬信號，然后進行處理轉換成數字信號，這是軟件無線電技術的基本思路。數字電視廣播一定程度上擔任了無線電技術的載體，利用DAC信號轉換成模擬信號再到數字信號。無線技術具有很強的靈活性，可以通過系統升級來適應新的要求。

2.1DRM的發展

隨著數字媒體與調頻廣播的競爭日益激烈，許多科研機構開始進行數字調頻無線電技術的實驗。由于數字信號和模擬信號非常類似，可以參考無線電技術對模擬裝置進行研發。隨著無線科學技術的發展，為了提高廣播的質量，數字廣播要與網絡資源有效結合。

2.2無線電技術在DRM中的應用

由于無線寬帶帶寬窄，而信號的動態范圍大，在實際應用中應慎重選擇。可以加入寬帶變頻模塊中，加入A/D天線中，將信號從全頻段輸入到頻段，從而實現預定頻帶信號的功能。

2.3軟件無線電技術在DRM發射機中的應用

相對于接收裝置來說，發射裝置的研制更加復雜，發射裝置通常包括3個獨立的子系統，調制子系統負責數字調制編碼、數字信號處理和相位轉換，模擬信號處理子系統是在振幅相位調制符號的應用越來越多，功率放大器和信號傳輸是否成功傳輸子系統的關鍵。

2.4數字電視接收系統中頻數字結構是當下數字電視接受

系統中出現頻率最高的結構，其基本原理使用多波段天線把數字信號傳送到射頻部分，然后通過ADC和DAC的變換，再經過相關變頻裝置的處理，把信號反饋到DSP系統中。基于軟件無線技術的數字電視接收系統，首先通過數模轉換的處理，使其與信號轉換裝置相兼容，再經模數轉換裝置轉換，可輸出基帶信號，然后進行變頻處理，使之與信號帶寬兼容，同時這種信號還要被HDTV裝置識別。實際上，為了提高數據處理速度，在軟件無線電技術中經常采用多處理器模塊，通過對應軟件的升級就可以增加新的功能，而無線電技術均使用軟件預處理算法。基于軟件無線電的原理，高清晰度數字電視接收機不僅能發出適合各種編碼速率的數字信號，但也有更新和升級自己的能力。HDTV接受裝置實現了新格式的播放方法，大大降低了軟件無線電技術的使用成本。

2.5軟件無線電技術中的實際應用

在大數據和4G時代，信道的調制方式對數字廣播電視的發展有著非常重要的意義，因此需要開發更先進的無線通信技術。當下消費者需要更好的配置，軟件無線電技術正好是符合這種要求的一種資源。依靠這種技術可以實現不同模塊的最優配置，這大大改變了傳統統一的調制方式。當介質的帶寬增加，雙向傳輸變得可能實現，如果發射部分也融合到數字電視，這種軟件化的數字電視使消費者不僅可以根據自己的需要進行點播，而且可以上網，進行異地可視通話、信息傳輸甚至遠程協助。這樣它就變成了現實意義上的信息化產品。通用的HDTV調制器不僅能處理數字信號，還能處理語音、圖片、視頻等非數字信號，具有非常廣泛的適應性。并且，這種信息化的硬件平臺是完全開放的，可以由用戶自主定制。

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作者:張占順 單位:安徽廣播電視臺淮南發射臺