軟件無線電技術在數字廣播電視系統中的應用

張占順

（作者單位：安徽廣播電視臺淮南發射臺）

軟件無線電技術在數字廣播電視系統中的應用

張占順

（作者單位：安徽廣播電視臺淮南發射臺）

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。

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（Software radio，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10 Mbps。如果再進行調制解碼、上下變頻，傳輸速率最高能達到60 Msaos（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PRELTP，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（Plug x Play）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1 MHz～4 GHz，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。

2.1 DRM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?？梢约尤雽拵ё冾l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?；谲浖o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?；谲浖o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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