數(shù)字廣播電視中軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用分析

劉新哲

（邯鄲新聞傳媒中心 河北 邯鄲 056002）

0 引言

軟件無線電技術(shù)是繼模擬和數(shù)字技術(shù)后又一次電子技術(shù)革命，也是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、超大規(guī)模集成電路和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在無線電技術(shù)通信中應(yīng)用的產(chǎn)物。軟件無線電技術(shù)是一種新興的通信系統(tǒng)模式，以硬件平臺(tái)為基礎(chǔ)，軟件編程為主體，改變傳統(tǒng)無線電臺(tái)功能單一化的設(shè)計(jì)理念。軟件無線電技術(shù)的設(shè)計(jì)原理可以減少功能單一、應(yīng)激性差的硬件電路，尤其是減少模擬環(huán)節(jié)，把數(shù)字化轉(zhuǎn)換靠近天線。軟件無線電技術(shù)具有較強(qiáng)的靈活性和開放性，通過對(duì)軟件的升級(jí)就能改變硬件配置結(jié)構(gòu)，同時(shí)擁有全新的功能。其優(yōu)勢(shì)在軟件無線電技術(shù)通信領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用，也是實(shí)現(xiàn)數(shù)字廣播電視新模式的重要因素[1]。

1 數(shù)字廣播電視及無線電技術(shù)

1.1 數(shù)字廣播電視發(fā)展需求

近年來，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)在人們生活中隨處可見，大眾對(duì)大屏幕投影的畫質(zhì)、聲音的質(zhì)感和智能體驗(yàn)有了更高的要求，隨著軟件無線電技術(shù)迅猛發(fā)展，數(shù)字廣播電視功能有了很多創(chuàng)新。例如在音頻方面，目前數(shù)字電視可以做到智能感應(yīng)視頻的音源并切換不同聲音；在視頻畫質(zhì)方面，觀眾可以根據(jù)所觀看視頻的光源和色彩頻段智能調(diào)節(jié)畫質(zhì)，以帶來更好的視聽感受；在其他輔助業(yè)務(wù)中還包括語音智能人機(jī)對(duì)話功能、節(jié)目點(diǎn)播功能、視頻攝像頭監(jiān)控功能、卡拉OK功能。這些數(shù)字廣播電視所擁有的功能是老式廣播電視無法逾越和比擬的。

數(shù)字廣播電視信號(hào)在傳輸過程中遇到問題是比較常見的。如傳輸工程中產(chǎn)生電阻，以及電纜的磨損、電纜設(shè)備方面相關(guān)的影響因素都會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗一定的高頻信號(hào)使信號(hào)不穩(wěn)定。

隨著越來越多的智能家電進(jìn)入每個(gè)家庭，例如手機(jī)、電腦、智能家電等都成為現(xiàn)代家庭必不可少的物品，這些設(shè)備在使用過程中會(huì)產(chǎn)生一定的電磁波，影響數(shù)字信號(hào)的傳輸，導(dǎo)致終端出現(xiàn)錯(cuò)碼和亂碼，然而這種情況是不可避免的，人們只能爭(zhēng)取將損失降到最小。

網(wǎng)絡(luò)是信號(hào)傳輸?shù)闹匾M成部分，需要外部接口進(jìn)行連接。由于使用外部接口連接，長期使用就會(huì)造成磨損。光纖作為數(shù)字廣播電視的重要傳輸部分，保證光纖的使用和傳輸質(zhì)量是重中之重。

高質(zhì)量的電視畫面要靠電視信號(hào)的傳輸質(zhì)量和穩(wěn)定性來保證，電視在播放中突然出現(xiàn)雪花點(diǎn)或者黑屏都是系統(tǒng)出現(xiàn)亂碼導(dǎo)致，這種現(xiàn)象叫作影像失真。要保持電視畫面的穩(wěn)定性，研究人員需要不斷升級(jí)系統(tǒng)和提升技術(shù)，并從源頭解決此問題，利用新技術(shù)來穩(wěn)定電視轉(zhuǎn)播畫面。

1.2 無線電技術(shù)內(nèi)容及作用

軟件無線電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很多，比如系統(tǒng)互通功能，可實(shí)現(xiàn)輕而易舉地更新?lián)Q代且成本低；處理信號(hào)能力強(qiáng)，使系統(tǒng)減少被干擾的可能性；可運(yùn)用在各種硬件耗材中，在體積上也沒有具體的限制。所以目前在數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中大放異彩。

另外，軟件無線電技術(shù)通用性高，通用平臺(tái)是其發(fā)展的基礎(chǔ)。平臺(tái)結(jié)構(gòu)包括信號(hào)速率、業(yè)務(wù)種類、高頻寬帶等等，通過軟件控制后，用戶可以對(duì)平臺(tái)的工作結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)試和操作。這樣可以在同一個(gè)工作結(jié)構(gòu)平臺(tái)下轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌夹g(shù)同時(shí)存在的通信系統(tǒng)。在保證硬件平臺(tái)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，升級(jí)軟件平臺(tái)系統(tǒng)就可以使技術(shù)適時(shí)改變和升級(jí)，并且可以實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)同時(shí)存在，開放性非常高。隨著芯片技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，軟件無線電技術(shù)在數(shù)字廣播系統(tǒng)中也起著非常重要的作用。

數(shù)字廣播電視系統(tǒng)運(yùn)行從模擬信號(hào)全面向數(shù)字信號(hào)過渡，目前數(shù)字廣播電視系統(tǒng)想要獲得更多的模擬信號(hào)，主要依靠A/D技術(shù)，途徑是轉(zhuǎn)化器不斷向射頻天線靠近。在無線電技術(shù)快速發(fā)展的今天，數(shù)字廣播電視系統(tǒng)在產(chǎn)生了數(shù)字信號(hào)以后，就可以用寬帶提供的數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。

軟件無線電技術(shù)硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，包含多種數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)。同時(shí)硬件平臺(tái)的通用性和開放性優(yōu)勢(shì)很大，首先多樣化的數(shù)據(jù)源在訪問方面可以進(jìn)行多樣化選擇，然后再調(diào)試。需要注意的是，不同的系統(tǒng)調(diào)試方式也會(huì)有所變化。軟件平臺(tái)方面操作相對(duì)簡(jiǎn)單，采用的技術(shù)是分層處理模式。

當(dāng)前，調(diào)頻廣播行業(yè)中依然存在許多的競(jìng)爭(zhēng)，部分企業(yè)逐步向調(diào)頻廣播數(shù)字化方向發(fā)展。數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)兩者之間是并存狀態(tài)，研究人員可以依據(jù)此情況開展新型的信號(hào)設(shè)備的研發(fā)。現(xiàn)階段常用寬帶過于狹窄且有不穩(wěn)定的信號(hào)波動(dòng)，為了能夠進(jìn)一步將無線電技術(shù)運(yùn)用到數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中，還需要對(duì)軟件無線電技術(shù)和當(dāng)前數(shù)字廣播電視的發(fā)展制定出具有針對(duì)性的方案。

無線電技術(shù)主要是借助無線電波來完成信號(hào)的傳輸，先通過強(qiáng)電流和弱電流之間的轉(zhuǎn)換和調(diào)制信號(hào)，然后將信息附加到無線電波中把信號(hào)傳輸出去，當(dāng)信息傳達(dá)到終端后，通過解碼把信息提取出來，這就是完整的信息傳輸技術(shù)。將無線電技術(shù)強(qiáng)化到數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中，可以從根本上提高數(shù)字廣播電視的信號(hào)傳輸率，通過無線電技術(shù)使信號(hào)質(zhì)量提高，增強(qiáng)數(shù)字廣播電視的畫面和音頻等的穩(wěn)定性，對(duì)數(shù)字廣播電視的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。數(shù)字廣播電視借助無線電技術(shù)，干擾信號(hào)出現(xiàn)率明顯下降，空間數(shù)據(jù)傳輸?shù)男Ч浅Ｃ黠@，從本質(zhì)上改善了傳輸距離和傳輸質(zhì)量，軟件無線技術(shù)成為數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵因素。

軟件無線電技術(shù)在數(shù)字廣播電視應(yīng)用中可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸效益和信號(hào)質(zhì)量的全面提升，在頻譜資源融合基礎(chǔ)上發(fā)展了數(shù)字廣播電視的兼容性，為數(shù)字廣播電視的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

2 數(shù)字廣播電視中軟件無線電系統(tǒng)的主要框架

2.1 軟件無線電系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)

軟件無線電技術(shù)是一種新興的無線電通信方式，其通用性較高，可以實(shí)現(xiàn)各種通信系統(tǒng)的互聯(lián)、升級(jí)，是一種可實(shí)現(xiàn)多頻段、多模式、多功能的通信體制[2]。軟件無線電的硬件包括電源、天線、多頻段射頻轉(zhuǎn)換器、寬帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號(hào)處理（digital signal processor，DSP）。理論上的軟件無線電結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 理論上的軟件無線電結(jié)構(gòu)圖

天線一般要求覆蓋頻率較寬，而且每個(gè)頻段的特性要均勻，這樣可以滿足傳輸需求。智能天線是在軟件無線電的基礎(chǔ)上升級(jí)的天線設(shè)計(jì)新概念，是數(shù)字多波束形成（digital beam forming，DBF）技術(shù)與軟件無線電相融合的技術(shù)，如圖2所示。

圖2 無線電的智能天線的組成結(jié)構(gòu)圖

無線電技術(shù)包含了軟件技術(shù)和硬件技術(shù)，硬件技術(shù)往往會(huì)限制軟件技術(shù)的發(fā)展，所以應(yīng)對(duì)硬件技術(shù)的要求有所提高，硬件技術(shù)全面發(fā)展可以減少系統(tǒng)占用的空間，提高系統(tǒng)使用率。

2.2 硬件平臺(tái)

軟件無線電技術(shù)建立了規(guī)范的、多用性的、模塊化的硬件平臺(tái)，它涵蓋的應(yīng)用性更多，比如更高的自由性和更強(qiáng)的延展性，這是軟件無線電技術(shù)的基本要素。軟件電臺(tái)技術(shù)的硬件平臺(tái)相對(duì)復(fù)雜一些，不管是寬頻模數(shù)、寬頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器，還是數(shù)碼變頻器等，都是構(gòu)成一個(gè)硬件平臺(tái)的重要部分。考慮到生活中對(duì)無線電技術(shù)的應(yīng)用需求，同時(shí)也要考慮到硬件平臺(tái)各部分的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣才能保證各部分之間的相互融合，使無線電技術(shù)水平得到提高。同時(shí)無線電技術(shù)的硬件平臺(tái)也包含了較多的部件，硬件平臺(tái)可對(duì)數(shù)字、文字、音頻等進(jìn)行保存，在獲取系統(tǒng)中的信息源時(shí)，有明確的編碼，并且針對(duì)不同信息源采取的方法也不同，用不同的調(diào)節(jié)方式去調(diào)節(jié)不同的系統(tǒng)，才可以保證系統(tǒng)的兼容性。

2.3 軟件平臺(tái)

軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)使用的軟件無線電技術(shù)，分層模式主要以開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型為基礎(chǔ)。主要包括數(shù)字信號(hào)處理所產(chǎn)生的質(zhì)量、各種無線電信令系統(tǒng)等。無線電技術(shù)在生活中的應(yīng)用，不僅需要考慮到各個(gè)行業(yè)的發(fā)展需求，還要考慮到無線電技術(shù)本身所具有的特點(diǎn)，才能確保可以充分地發(fā)揮無線電技術(shù)自身的優(yōu)點(diǎn)。分層軟件模式是無線電技術(shù)軟件平臺(tái)運(yùn)行的關(guān)鍵因素，主要是因?yàn)闊o線電技術(shù)的軟件平臺(tái)具有延展性、自由性等特點(diǎn)，但在使用過程中仍需要對(duì)各種數(shù)據(jù)和影響因素進(jìn)行綜合分析，解決措施也需要有針對(duì)性，能夠有效地解決無線電技術(shù)軟件平臺(tái)的相關(guān)問題，使無線電技術(shù)在其他行業(yè)的發(fā)展能夠發(fā)揮輔助作用。

3 軟件無線電系統(tǒng)核心技術(shù)

無線電技術(shù)的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合而來的[3]。寬帶多頻段是最重要的組成部分，寬帶的速度決定了軟件無線技術(shù)發(fā)展，當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)承載量，普通的天線已經(jīng)不能滿足無線電信號(hào)的傳輸，多頻段的寬帶則可以滿足無線電技術(shù)信號(hào)的傳輸。要想滿足無線電技術(shù)的運(yùn)轉(zhuǎn)還需要高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。傳輸?shù)男盘?hào)經(jīng)過其他部分的處理過后交給高速數(shù)字信號(hào)處理軟件再進(jìn)行處理，可見高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的重要性。在無線電的使用中，對(duì)數(shù)字的處理能力也是非常重要的，高速數(shù)字信號(hào)處理器技術(shù)運(yùn)用到含有大量運(yùn)算處理過程中可以最大化地提高效率。數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器在無線電技術(shù)中可以把超高的數(shù)字頻段數(shù)字化。無線電技術(shù)中接口的應(yīng)用范圍也很大，軟件無線電中的信號(hào)傳輸速度非常快，運(yùn)行數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)不同會(huì)導(dǎo)致匹配成功率低，大部分虛擬無線電網(wǎng)絡(luò)的多樣性和機(jī)動(dòng)性可以提高工作效率。

無線電技術(shù)中不可缺少的一個(gè)部件就是發(fā)射機(jī)，發(fā)射機(jī)的重要系統(tǒng)有模擬處理系統(tǒng)、數(shù)字編碼發(fā)射系統(tǒng)和調(diào)試系統(tǒng)。數(shù)字編碼是處理數(shù)字信號(hào)的，發(fā)射系統(tǒng)和模擬處理系統(tǒng)處理數(shù)字的相位。中頻數(shù)字化結(jié)構(gòu)是信息發(fā)射和接收時(shí)應(yīng)用最普遍的一個(gè)部分。數(shù)字信號(hào)傳輸可通過多頻段的寬帶傳輸?shù)缴漕l部分，運(yùn)用模數(shù)或者處理器數(shù)模處理器可以把各種數(shù)字信息進(jìn)行多樣化的轉(zhuǎn)換。最后一步就是將信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)字信號(hào)處理器中，數(shù)字信號(hào)處理器可以靈活地處理，最大化地減小外部的影響。根據(jù)具體的情況調(diào)整接收的頻率，這樣對(duì)信號(hào)的判斷可以更加準(zhǔn)確，可以更快地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤編碼并且改正。數(shù)字廣播電視中的軟件無線電技術(shù)在接收信息的時(shí)候會(huì)通過模擬變頻器把不同的信號(hào)轉(zhuǎn)換成相同的信號(hào)，隨后這些信號(hào)都會(huì)傳輸?shù)礁咔逦入娨暎╤igh definition television，HDTV）中處理。HDTV不僅可以糾正不同類別的信號(hào)，而且還能調(diào)節(jié)各種信號(hào)，把它們歸類整理，使信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確率提高，減少不必要的消耗。相比傳統(tǒng)的信息傳播技術(shù)，使用軟件無線電技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析和應(yīng)用，會(huì)比使用多種模塊來處理數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)信息傳播技術(shù)更加簡(jiǎn)潔高效。HDTV可以做到多種類型的數(shù)字信號(hào)編碼匹配，同時(shí)根據(jù)信號(hào)類型而改變或者升級(jí)，做到成本上的降低。

4 軟件無線電應(yīng)用分析

處于5G時(shí)代和大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)字廣播電視的快速發(fā)展離不開無線信道多樣化的調(diào)試方法。消費(fèi)者需要更好的配置和體驗(yàn)感，軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用正好可以匹配消費(fèi)者的需求，軟件無線電可以使各種模式最優(yōu)化配置，這與傳統(tǒng)調(diào)試有著很大的不同[4]。

通過傳輸媒介的電視信號(hào)首先經(jīng)過模擬變頻成為符合A/D采樣的寬帶信號(hào)，隨后經(jīng)過A/D數(shù)字化后進(jìn)行信道處理，同時(shí)輸出多路正交基帶信號(hào)，由數(shù)字變頻對(duì)寬帶內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字正交變頻和采樣率變換，變?yōu)榕c信號(hào)帶寬相適應(yīng)的低采樣率的基帶正交數(shù)字信號(hào)。當(dāng)多頻段寬帶匹配進(jìn)來，多頻段的寬帶可以滿足無線電技術(shù)信號(hào)的高速傳輸，也可以實(shí)現(xiàn)雙向傳輸。數(shù)字廣播電視如果包含了發(fā)射部分，使數(shù)字廣播電視可以包含軟件，消費(fèi)者就可以根據(jù)自己的喜好來進(jìn)行選擇點(diǎn)播視頻、音樂等，也可以進(jìn)行視頻通信和上網(wǎng)。這樣數(shù)字廣播電視就變成了數(shù)字化產(chǎn)品。通用的HDTV接口既可以處理數(shù)字信號(hào)也可以處理非數(shù)字信號(hào)，具有非常廣泛的應(yīng)用。開放性更好的硬件平臺(tái)可以滿足消費(fèi)者的多種需求，如圖3所示。

圖3 基于軟件無線電原理的數(shù)字廣播電視接收系統(tǒng)

軟件無線電技術(shù)是新時(shí)代的產(chǎn)物，相比于傳統(tǒng)的無線電通信方式更適用于廣播電視的技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)需要。軟件無線電技術(shù)的核心技術(shù)就是原有的系統(tǒng)通過軟件編程的模式對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改良。軟件無線電技術(shù)相比傳統(tǒng)無線電更符合消費(fèi)者的需求，在市場(chǎng)上一定大有作為[5]。

目前由于大眾消費(fèi)者的選擇，各種制式機(jī)頂盒會(huì)和數(shù)字電視共同兼容。從國內(nèi)成熟的電視接收機(jī)商家那里就能看出，現(xiàn)在廣播電視的機(jī)頂盒正在使用多種制式和數(shù)字電視共存的模式，數(shù)字廣播電視會(huì)迎來快速發(fā)展時(shí)期，信號(hào)覆蓋范圍會(huì)越來越大，還能幫客戶省下一筆不小的開銷。為了快速建設(shè)新的數(shù)字廣播電視系統(tǒng)，可以把多樣化的傳輸制式結(jié)合起來，再匹配相應(yīng)的軟件，這樣能快速完成傳輸?shù)讓雍徒K端的結(jié)合，目前這個(gè)方法已經(jīng)被證實(shí)可靠。在數(shù)字電視廣播的發(fā)展過程中，研究人員應(yīng)該在不斷地提升軟件無線電技術(shù)的同時(shí)，尋找更合適的資源與其匹配，這樣可以更好更快地推動(dòng)軟件無線電技術(shù)的發(fā)展。

5 結(jié)語

數(shù)字廣播電視的快速發(fā)展離不開軟件無線電技術(shù)的支持，軟件無線電技術(shù)有效地提升了系統(tǒng)的使用率[6]。軟件無線電技術(shù)應(yīng)用在數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中，不僅是計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線電技術(shù)的融合，更是一項(xiàng)跨時(shí)代的技術(shù)革命。

互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)和軟件技術(shù)的快速發(fā)展，電視與數(shù)字電視廣播系統(tǒng)、軟件無線電技術(shù)之間關(guān)系將越來越密切，軟件無線電技術(shù)的大面積普及和數(shù)字廣播電視的快速發(fā)展，將給消費(fèi)者們帶來很大的便利，給社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。