軟件無線電技術(shù)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(shù)在現(xiàn)實生活中，特別是在數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中的應用極其普遍。它不僅僅是計算技術(shù)與無線技術(shù)的結(jié)合，更是一次電子信息技術(shù)的革命。隨著電子技術(shù)的進步和時代的向前發(fā)展，無線電技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了從單工通信至雙工通信革命性的轉(zhuǎn)變，隨后出現(xiàn)了模擬信號通信、數(shù)字信號通信等新的手段，最后演變成了當下的數(shù)字廣播電視技術(shù)。本文對軟件無線電技術(shù)的具體結(jié)構(gòu)、硬件軟件平臺和核心的技術(shù)進行了深入的討論。

關(guān)鍵詞：軟件無線電技術(shù)；數(shù)字廣播電視系統(tǒng)；應用軟件

無線電技術(shù)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(tǒng)會議中首次創(chuàng)造了軟件無線電（Softwareradio，SWR）的概念，并把它排在軍事技術(shù)研發(fā)中優(yōu)先等級非常高的位置。盡管已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，目前無線通信領(lǐng)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(fā)出來的通信產(chǎn)品生命周期非常短，研發(fā)費用很高。多種通信體制的同時存在造成了很多研發(fā)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(tǒng)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(shè)計理念開始難以適應局勢，針對這些難題，軟件無線電技術(shù)應運而生。軟件無線電的核心思想是以創(chuàng)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(xiàn)無線電臺功能的主體，改變以硬件為主、功能單一的傳統(tǒng)電臺設(shè)計方法與理念。軟件無線電技術(shù)的設(shè)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(huán)節(jié)，把數(shù)字化處理(D/A與A/D變換)盡量貼近天線。軟件無線電技術(shù)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(jié)構(gòu)，進而實現(xiàn)全新的功能。這是這種優(yōu)勢，軟件無線電技術(shù)短短幾年就在通訊領(lǐng)域得到了廣泛推廣。

1軟件無線電技術(shù)介紹

1.1硬件平臺

軟件無線電技術(shù)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(yōu)良特點，比如可拓展性高、開放性強，是軟件無線電技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。軟件無線電技術(shù)的硬件平臺通常是由下列幾個部分構(gòu)成的。①數(shù)字上下變頻器；②模擬前端；③高速數(shù)字信號處理器；④寬帶模數(shù)變換器（A/D）；⑤寬帶數(shù)模變換器（D/A）。發(fā)射的數(shù)據(jù)源種類異常繁多，既可以是普通數(shù)據(jù)也可以是被轉(zhuǎn)換的視頻語音數(shù)據(jù)等輸出的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)首先要經(jīng)過信源編碼（采用MPEG或FPEG編碼），再經(jīng)過信道的編碼，當然也可以在信道的條件下采用聯(lián)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(tǒng)下，調(diào)制部分有著不同的調(diào)制方法，比如FSK、KPSK、QPSK及DQPS等。它們必須互相兼容，調(diào)制部分還包括預設(shè)定的信息處理，比如：比特同步處理、字節(jié)同步處理等。最后數(shù)據(jù)經(jīng)過上下變頻、D/A變換輸送到RF的前端，最后依靠天線發(fā)射出去。上述的變換過程存在多路重復占用的情況，數(shù)據(jù)傳輸速率理論可達10Mbps。如果再進行調(diào)制解碼、上下變頻，傳輸速率最高能達到60Msaos（引兆采樣次數(shù)的秒速率)。數(shù)據(jù)的接收過程與發(fā)射過程剛好相反。軟件無線電技術(shù)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通常采用往往采用以VMF(標準虛擬機環(huán)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(shù)的軟件設(shè)計使用以開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）參考模型為基礎(chǔ)的分層軟件結(jié)構(gòu)，支持消費者自主定制的模塊化設(shè)計，包括基本的算法以及功能模塊，下面具體列出：①函數(shù)庫和DOS的指令；②信號流轉(zhuǎn)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(diào)制算法庫；⑤各種無線電信令規(guī)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(chǎn)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(nèi)外提出了很多種實現(xiàn)無線電的軟件技術(shù)方法，特別是實現(xiàn)軟件的即刻使用（PlugxPlay）方面更是突出。對比這些方案，發(fā)現(xiàn)其共同特點是結(jié)構(gòu)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(guān)鍵技術(shù)

現(xiàn)代無線電技術(shù)是計算機與通信技術(shù)發(fā)展相結(jié)合的新技術(shù)。第一，多波段帶寬是軟件無線電的核心技術(shù)，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(chǎn)生干擾。第二，使用模數(shù)或者數(shù)模技術(shù)，使轉(zhuǎn)換裝置與天線的間距縮短，將它們轉(zhuǎn)移到射頻前端，使高頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，這個過程需要的工作頻率和數(shù)據(jù)采樣頻率的要求非常高。另一方面，多變的工作環(huán)境對ADC和模數(shù)轉(zhuǎn)換的速度要求更高，動態(tài)范圍的區(qū)間更加大，同時滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅瑧⒁釧DC的采樣率是否符合要求。第三，快速的數(shù)字信號處理技術(shù)及DSP技術(shù)同樣是軟件無線電技術(shù)的關(guān)鍵領(lǐng)域，數(shù)字信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置后，接受DSP軟件的再次處理，軟件無線電技術(shù)的關(guān)鍵是數(shù)字處理速度及能力。硬件設(shè)施和軟件程序是影響無線技術(shù)最重要的因素，硬件技術(shù)限制了實際應用中的軟件無線電技術(shù)的應用，特別是在模塊分化領(lǐng)域，所以應該加大對硬件研發(fā)的資金投入，為軟件技術(shù)的應用提供基礎(chǔ)。

2軟件無線電技術(shù)在數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中的應用

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

2.1DRM的發(fā)展

隨著數(shù)字媒體與調(diào)頻廣播的競爭日益激烈，許多科研機構(gòu)開始進行數(shù)字調(diào)頻無線電技術(shù)的實驗。由于數(shù)字信號和模擬信號非常類似，可以參考無線電技術(shù)對模擬裝置進行研發(fā)。隨著無線科學技術(shù)的發(fā)展，為了提高廣播的質(zhì)量，數(shù)字廣播要與網(wǎng)絡(luò)資源有效結(jié)合。

2.2無線電技術(shù)在DRM中的應用

由于無線寬帶帶寬窄，而信號的動態(tài)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(xiàn)預定頻帶信號的功能。

2.3軟件無線電技術(shù)在DRM發(fā)射機中的應用

相對于接收裝置來說，發(fā)射裝置的研制更加復雜，發(fā)射裝置通常包括3個獨立的子系統(tǒng)，調(diào)制子系統(tǒng)負責數(shù)字調(diào)制編碼、數(shù)字信號處理和相位轉(zhuǎn)換，模擬信號處理子系統(tǒng)是在振幅相位調(diào)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(tǒng)的關(guān)鍵。

2.4數(shù)字電視接收系統(tǒng)中頻數(shù)字結(jié)構(gòu)是當下數(shù)字電視接受

系統(tǒng)中出現(xiàn)頻率最高的結(jié)構(gòu)，其基本原理使用多波段天線把數(shù)字信號傳送到射頻部分，然后通過ADC和DAC的變換，再經(jīng)過相關(guān)變頻裝置的處理，把信號反饋到DSP系統(tǒng)中。基于軟件無線技術(shù)的數(shù)字電視接收系統(tǒng)，首先通過數(shù)模轉(zhuǎn)換的處理，使其與信號轉(zhuǎn)換裝置相兼容，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)處理速度，在軟件無線電技術(shù)中經(jīng)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(shù)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(shù)字電視接收機不僅能發(fā)出適合各種編碼速率的數(shù)字信號，但也有更新和升級自己的能力。HDTV接受裝置實現(xiàn)了新格式的播放方法，大大降低了軟件無線電技術(shù)的使用成本。

2.5軟件無線電技術(shù)中的實際應用

在大數(shù)據(jù)和4G時代，信道的調(diào)制方式對數(shù)字廣播電視的發(fā)展有著非常重要的意義，因此需要開發(fā)更先進的無線通信技術(shù)。當下消費者需要更好的配置，軟件無線電技術(shù)正好是符合這種要求的一種資源。依靠這種技術(shù)可以實現(xiàn)不同模塊的最優(yōu)配置，這大大改變了傳統(tǒng)統(tǒng)一的調(diào)制方式。當介質(zhì)的帶寬增加，雙向傳輸變得可能實現(xiàn)，如果發(fā)射部分也融合到數(shù)字電視，這種軟件化的數(shù)字電視使消費者不僅可以根據(jù)自己的需要進行點播，而且可以上網(wǎng)，進行異地可視通話、信息傳輸甚至遠程協(xié)助。這樣它就變成了現(xiàn)實意義上的信息化產(chǎn)品。通用的HDTV調(diào)制器不僅能處理數(shù)字信號，還能處理語音、圖片、視頻等非數(shù)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(fā)射臺