基于射頻數字化的中短波廣播監測系統探究

趙靜　楊蘇衛

摘要：近年來通信和廣播等方面的快速發展，使中短波頻譜被占用、頻道受干擾的問題日益嚴重，中短波廣播在傳播、建設、使用等方面的優勢難以充分發揮，為有效利用中短波頻譜，降低頻道之間的干擾，人們嘗試建立中短波廣播監測系統并應用射頻數字化相關技術，使中短波廣播信號異地接收、存儲、還原等成為可能。文章對基于射頻數字化的中短波廣播監測系統產生較全面的認知，在對中短波廣播信號射頻數字化理論基礎和現階段中短波廣播監測系統架構進行系統分析的基礎上，對基于射頻數字化的中短波廣播監測系統架構展開研究。

關鍵詞：射頻數字化；中短波廣播；監測系統架構

在傳統中短波廣播檢測系統中采用的中頻數字化方案，單純依靠錄音和數據采集頻譜對中短波信息情況進行分析，準確性和全面性難以保證，而基于射頻數字化的中短波廣播檢測系統架構通過數據的即時傳輸和存儲，利用信號重構技術使即時存儲的射頻數字化數據還原恢復成為可能，對研究波段整體短波廣播信號傳輸規律具有重要的意義。

1.中短波廣播信號射頻數字化理論基礎

射頻帶通采樣和射頻低通采樣是以射頻數字化為基礎的軟件無線電的主要技術方案，兩者的信號處理流程具有較強的共性，均是簡單放大射頻前端信號的濾波，然后利用A/D芯片采樣數字化，兩者之間的主要差異是前者在濾波的過程中應用比較狹窄的帶通濾波器，而后者在此過程中應用低通濾波器。現代采樣理論認為，帶限信號在模擬信號和數字信號兩者之間轉換時，如果采樣的頻率比信號中最大的頻率的2倍還大時，可以說明，采樣的數字信號能夠理想地保存原信號中的信息。換言之，可以結合采樣信息對元連續信號進行重構，結合中短波廣播信號的特征和采樣理論，在射頻直接采集的過程中，如果采集設備最低采樣頻率在60兆赫茲及其以上，就可以說明其較理想地保存了采集信號的信息，可全面地實現廣播采集信號的還原。現代對中短波射頻數字化數據傳輸的相關研究證實，當信道中具有隨機熱噪聲的情況下進行數據信號傳輸時，信道容量和信道帶寬信噪比之間具有比較固定的關系，利用已經被證實的固定關系，可以確定中短波廣播信號數字化后數據傳輸的速率，結合計算結果可以發現，當網絡傳輸和硬盤存儲的速率均在112.12兆比特每秒以上時，中短波射頻信號數字化數據遠距離存儲和傳輸就具備可能，這為射頻數字化在中短波廣播檢測系統中的應用提供了數據支持。廣播監控系統要實現對數據的連續全面存儲，需要利用數據流盤存儲設備，由于監控系統自身對存儲器的具體位置并未明確的限定，所以選用的存儲器設備并不做嚴格的限制，例如控制器上的硬盤、板上存儲等均可以滿足要求，但數據向存儲設備的傳輸、讀寫速率要受較嚴格的限制，現階段數據流盤、光纖通道、萬兆網卡的傳輸速率都較固定，基本都大于中短波廣播信號的傳輸要求。所以現階段存儲設備基本可以滿足以射頻數字化為基礎的中短波廣播監控系統存儲的要求。通過上述針對射頻數字化理論要求的分析，可以發現，現階段構建以射頻數字化為基礎的中短波廣播檢測系統具有技術方面的可行性。

2.現階段中短波廣播監測系統架構

縮減中短波廣播信道干擾和優化頻譜的中短波廣播監測系統現階段主要以數據處理中心、直屬監測臺、遠程遙控監測站構成的三層網絡為系統構架，其利用直屬監測臺或數據處理中心向分布于不同地理位置的遠程遙控監測站點發布任務，由遠程遙控監測站點全天候地自動采集廣播相關指標以及聲音質量相關數據，并將搜集的數據自動向監測臺和數據處理中心傳送，由檢測臺或數據處理中心對采集的數據進行整理、分析并將分析的結果制定成規范化的圖表，使廣播在播出過程中產生的問題得到及時、全面的發現，相關部門會通過對播出手段的優化，改善廣播傳輸的整體效果，發揮中短波廣播監測系統的監測和信息反饋作用。為滿足中短波廣播監測系統的功能要求，其數據處理征信和直屬監測臺通常采用B/S結構，針對數據的采集、存儲等提供專項的服務器，用戶可通過對專項服務器的登錄和管理，對廣播信號傳輸情況進行全面、準確的把握。在此系統中服務器和遠程監測站之間可以利用網絡協議實現有效的通信，而且可利用搭載檢測軟件對相關設備進行控制，可以發現數據處理中心設備雖然與直屬監測臺的設備具有較大的共性，但兩者的功能卻存在較大的差異，前者是將任務利用網絡等傳輸渠道傳輸到監測點，由監測點完成數據采集工作，而后者更加側重于對監測點采集數據的整理分析，為中短波廣播通信的運行狀況判定提供支持，可見現階段中短波廣播監測系統架構已經比較完整，在針對基于射頻數字化的中短波廣播監測系統架構展開研究的過程中，可以以現階段中短波廣播監測系統架構為基礎，對其進行針對性的優化設計。

3.基于射頻數字化的中短波廣播監測系統架構

遠程遙控監測站系統、直屬臺監測系統、數據處理中心構成的三層網絡結構是以射頻數字化為基礎的中短波廣播監測系統架構的主要結構形式，但考慮到各系統結構在架構中的功能，要對各部分具體構成進行改動，這要求必須明確各系統結構的功能，例如前者的主要功能是中短波信號射頻數字化實施和相關數據緩存、存儲、利用網絡將數據傳輸至直屬監測臺；中間結構的主要功能是存儲、整理、還原其接收的來源于遠程遙控監測站的射頻數字化數據，并對還原的中短波信號進行及時的語音解調、分析頻譜等操作；后者的主要功能是分析、整理直屬臺上報的數據，并制作出能夠反映播出情況的報表，由此可見，前2項系統結構是中短波廣播監測系統中主要負責監測和數據處理的部分，是系統功能實現的基礎。為有效地避免數字化儀直接采樣射頻信號的過程中遺失大的信號，忽略小的信號，基于射頻數字化的中短波廣播監測系統架構中的遠程監測站要利用接收天線對中短波信號進行接收，并對其射頻放大，擴大其移動的范圍，利用低通濾波器保證數字化儀接收的信號均為短波信號；然后將對數字化儀采樣的數據存入緩存區并利用流盤存儲卡將相關數據加入磁盤陣列，以此保證射頻數字化數據的不間斷存儲，使直屬臺和緩存區之間射頻數字化數據實時傳輸成為可能。存儲的數據需要通過運營商網絡傳輸至直屬臺，然后利用轉向服務器對數據進行有效的處理，將其速率由高速轉為基帶速率，并利用軟件對其進行后期處理，客戶端獲取處理后的基帶數據后結合任務表對相關數據進行監測，例如播出質量、頻偏測量等，將監測的各項結果正確地輸入數據庫，使數據庫的數據得到適時調整，反映中短波的傳輸情況，滿足中短波廣播監測系統的功能要求。

4.結論

通過上述分析可以發現，現階段人們已經認識到基于射頻數字化的中短波廣播監測系統對研究波段整體短波廣播信號的傳輸規律和提升廣播傳輸質量方面的重要意義，并在實踐中嘗試結合中短波廣播信號射頻數字化理論基礎和中短波廣播監測系統架構，進行基于射頻數字化的中短波廣播監測系統架構的探索。