数字广播电视系统中的软件无线电技术研究

韩淑梅

（山东省枣庄市广播电视台，山东 枣庄 277000）

0 引 言

软件无线电技术能够在数字通信的基础上利用软件实现对宽带、频率等的控制，达到提升信号质量和传输效益等效果，对于推动数字广播电视系统发展发挥着十分重要的作用。国家十分重视软件无线电技术在数字广播电视领域的应用，先后出台了《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》《地面数字电视广播覆盖网发展规划》等一系列政策指导文件[1]，极大地推动了数字电视覆盖水平，为广大观众提供高质量数字电视广播节目的同时，有效降低了广播电视收看成本，拓展了广播电视的宣传渠道与影响力。

1 数字广播电视与软件无线电技术概述

1.1 数字广播电视发展需求

数字广播电视是在数字处理技术的支持下，将数字化音视频、数据信号等进行编码、调制、传播、解码，从而实现用户端画面、视频及数据等的显示，为用户提供丰富多元的信息。数字技术的持续发展与进步，促进了数字广播电视的业务拓展。数字广播电视对时间、空间以及频谱等的要求愈来愈高，需要在多项技术支持下完成资源关联，继而达到提升数据精度及其传输效益的目的，以此优化数字广播电视的传播质量，缓解传播中可能出现的时延及多径衰落等一系列问题。随着时代的发展，数字广播电视还需充分考虑到各类经济性指标，通过现代化技术促进经济效益的最优化，并从技术层面规避干扰问题，提升资源利用效率，最终打造灵活、有效且拓展性强的数字广播电视体系[2]。

1.2 软件无线电技术

在所有自由空间内都能传播的电磁波即为无线电。无线电有其特定的有限频带，其中，下限频率为300 Hz，上限频率为3 kHz ～300 GHz。对于各类射频规范而言，下限频率不易统一，最常见射频 规 范 有3 kHz ～300 GHz、9 kHz ～300 GHz、10 kHz ～300 GHz 等。根据运行原理，软件无线电技术是通过改变导体的电流强弱而实现电磁波磁场的变换，并在空间传播的作用下，使得电磁波顺利到达收信端。可见，对导体电流变化加以调节，即可提取不同的信息，最终实现信息传播的目标[3]。

软件无线电技术在数字广播电视领域有着十分重要的应用，其能够从根本上提升广播电视信号传输效益，在某些技术支持下提升信号质量，避免广播电视出现画面或音质失真等问题。利用软件无线电技术，能够显著降低数字广播电视信号干扰率，提升空间数据传输效益，改善因传播距离远而导致的信号传播质量下降问题[4]。目前，国内数字广播电视中应用的软件无线电技术主要包括四种，即空时无线电技术、核心层网络技术、感知无线电技术及无线电资源管理技术等，如表1 所示。

表1 数字广播电视中的软件无线电技术

2 数字广播电视系统中的软件无线电技术

2.1 数字广播电视系统中软件无线电技术的架构

数字广播电视中的软件无线电系统包括硬件与软件平台的支持。其中，软件平台属于互联参考模型，呈分层结构形式，涉及函数库、图像编码、信号流转库、调制算法库等内容；而硬件平台主要提供可拓展、通用开放的应用支持，包括模拟前端、传输介质、处理器等。在软硬件平台协同支持下，形成数字广播电视系统软件无线电平台架构，如图1 所示。

图1 数字广播电视系统软件无线电平台架构

2.1.1 硬件平台

为了保障数字广播电视系统的信号质量与传播效益，软件无线电硬件平台的构建需要确保平台的开放性、灵活性、可拓展性、模块性，使各部分形成一个集成化体系。由于硬件平台所涉及的数据源丰富多样，因而需要加强信息源及信道的编码，借助多路访问技术，对模拟前端数据进行采集，再借助模数变换器、变频器等的处理，将信号传播至射频前端，利用数模变换器以及数字信号处理器等对信号加以提取，完成信息处理的全过程[5]。

2.1.2 软件平台

为了保障数字广播电视系统良好的贯通性与兼容性，无线电软件平台建设要尽可能选取分层软件体系，依循硬件平台需求配置最适宜的软件，包括DSP 软件、调制算法库、编码算法库、函数库、信号流编码库、信道纠错编码库，建构起系统而层次化的无线电传输软件体系，为数字广播电视系统中软件无线电技术的高效应用提供强有力的软件支持。

2.1.3 核心技术

数字广播电视系统中，软件无线电技术的应用需要重点把握好带宽多频段技术，在工作带宽基础上设置带宽多频段。例如，利用组合式多频段天线等实现信号传播时，需要借助A/D 及D/A 技术配合转换器，完成无线电模数及数模信号的转换，由于操作中对频率要求极高，因此需配合变频技术调节信号的频率，达到提升信号传输范围的效果，继而将信号传送至RF 前端[6]。除了A/D 及D/A 技术，还需利用DSP 技术处理数字广播电视信号，将中频及基带进行数字转化。此外，接口技术也是软件无线电系统应用的核心技术之一，是保障数字广播电视系统高效运行的基础。其中，总线接口技术、I/O接口技术尤为关键，前者应用时可适当引入VME 标准，后者则可选用PCII/O接口标准、USB接口标准等，以此提供灵活的接口指标，为增强数字广播电视软件无线电平台的灵活性与通用性提供支持[7]。

2.2 数字广播电视系统中软件无线电技术的应用

数字广播电视利用A/D 变换器尽可能靠近射频天线的方式，将模拟信号尽可能早地转变为数字信号，最大程度地通过数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）软件来实现通信功能，这是软件无线电技术应用于数字广播电视的基本原理。

随着音、视媒体数字化的迅猛发展以及调频广播竞争的不断加强，全球加快了对调频广播数字化的研究。经过严格的实验等，发展了数字调频广播系统（Digital Radio Mondiale，DRM）。理想的软件无线电电台应该能够满足通过软件升级实现任何通信功能的增强或改变，适应全频带工作，然而因为DSP 处理技术限制、总线数据问题、宽带A/D/A 工作带宽以及采样速率等现实因素制约，导致仍无法实现理想的软件无线电系统。因此，为了降低研发成本和周期，在DRM 发射接收设备中应用软件无线电技术，是当前的主要发展方向[8]。

2.2.1 DRM 接收机中软件无线电技术的应用

广播的频率具有带宽窄、信号动态范围大的特点，因此在软件无线电电台的选用上应当慎重选择。根据前期研究，一般选择基于中频采样技术的体系结构，即可将带宽变频模块增加到A/D/A 天线之间，将信号由全频段转换到固定中频段，继而对该中频实施采样，实现预定的效果[9]。

2.2.2 DRM 发射机中软件无线电技术的应用

相对接收机而言，DRM 发射机的研发难度更大，周期更长。基于软件无线电技术的DRM 发射机由数字编码、调制子系统、模拟处理子系统及发射子系统4 个子系统构成，分别完成数字信号处理、信号变换以及信号放大及发射[10]。

3 结 语

软件无线电技术是通过软件编程对硬件平台加以开发和构建，进一步提升硬件平台的功能、拓展其应用范围、提高其开发效率的一种技术。该技术强大的应用优势使之在通信系统、电子对抗系统、相控雷达等多个领域均有十分重要的应用，尤其是在数字广播电视等领域，软件无线电技术的应用不仅极大地优化了数字广播电视网络的统一性与灵活性，还有效提升了系统软件的性能与工作效率，通过持续升级使之不断适应并衔接广播电视系统的发展。可见，软件无线电技术已然成为现阶段按数字广播电视系统的核心技术之一。值得思考的是，当前软件无线电技术的应用仍受到硬件的局限性，特别是在分化频率方面。为了弥补这一缺陷，需要为软件技术提供一个包括宽带等技术在内的硬件技术平台，以此达到节约数字广播电视系统空间、提升系统性能的目的。可见，关于软件无线电技术在数字广播电视系统领域的应用研究仍有待进一步深入。