基于认知无线电技术的广播电视监测研究

韩淑梅

（枣庄市广播电视台，山东 枣庄 277000）

0 引言

随着时代的发展与进步，为了适应受众日益提升的精神文化需求，丰富多彩的广播电视节目层出不穷，与之同步的是广播电视信号干扰率的提升。这严重影响了广播电视的安全播出，因此，广播电视行业亟需强化广播电视内容监测，有效降低节目干扰率。对于广播电视监测业务而言，其最基础、最关键的监测对象是进行各类无线信号收发的广电媒体。此类监测对象有一个共性特征，即接收端均利用天线获取高频无线电信号，继而利用某一频点解调获取所需的节目。由于无线电信号传输的相对不稳定性，需要对其传输效果进行监测与反馈[1]。随着近年来广播电视行业发展越来越迅猛，传统监测手段的弊端日趋显露。认知无线电技术是无线通信领域的一次技术革命，其强大的功能与丰富的类型为广播电视监测提供了有力支持。

1 广播电视领域的认知无线电技术

所谓认知无线电技术，是一种针对各类频谱资源紧缺问题提供相应解决方案的无线电系统[2]。在广播电视领域，认知无线电技术的应用主要涉及频谱认知、频谱利用两大类。频谱认知多用于捕获周边无线电环境中的信号，寻求可接入的频谱资源；频谱利用则用于利用已知频谱资源，实现授权系统与认知系统之间的共存。基于这两大优势，认知无线电技术在提高广播电视节目播出效果、改善节目质量、搜索识别信号等方面能够发挥显著的作用。

1.1 频谱认知技术

频谱认知技术涉及频谱感知与地理数据库两类，二者分别有着各自的适用场景。其中，频谱感知是通过检测周边环境内授权频谱利用状况，及时获取可利用频谱资源，由此优化频谱配置。但运用频谱认知技术获取的感知结果误差较大，因为云、雨等大气效应会造成信号强度衰减，干扰认知节点处的信号接收，影响其在广播电视通信领域的应用。为了解决这一问题，需要采用稀疏功率谱估计、宽带压缩感知技术。除了频谱感知，认知无线电系统还能够依托地理数据库支持，捕获认知节点的地理位置信息，能够生成单个认知节点难以获取的频谱认知信息报告，因而适用于发射机特性稳定或变化不频繁的场景。在高动态频带场景下，由于频谱报告的生成过程较为耗时，容易导致认知节点信息获取严重滞后，难以反映频谱适用的真实状态，此时还需联合频谱感知提高对无线电环境变化的敏感性。

1.2 频谱利用技术

频谱利用技术包括认知区域、载波分配、功率控制等类型。其中，认知区域属于一种干扰保护技术，其通过认知干扰抑制将干扰降至特定阈值以下，由此获取频谱接入机会。该技术常配合地理数据库信息与干扰建模技术，用于广播电视通信的干扰保护。载波分配是在满足通信质量的前提下，通过分配尽量多的载波，提高系统总吞吐量，或通过将载波尽量多地分配给用户，提高可用载波利用率。载波分配技术多配合波束赋形技术，用以优化频谱利用率。功率控制是依循信道情况、干扰信息、接收端信噪比等对载波发射功率加以调节，以免影响同频段用户，借此显著提升地面链路通信容量[3]。

2 广播电视的干扰与监测业务

2.1 广播电视的干扰

广播电视系统干扰涉及内、外两种类别。其中，外干扰涉及自然、人为、太空等影响因素，内部干扰则多因人为操作不当所引起。广播电视常受邻近信道、相邻卫星的影响而形成太空干扰，地面干扰多由杂波、电磁、互调或极化所引起，自然干扰多由日凌现象、电离层闪烁、雨衰、卫星蚀而引起，而人为干扰则多来自于非法转发器资源的使用及恶意干扰信号的发射。广播电视系统的内部干扰，常因人员对上行设备参数调节有误造成，如上星时未严格依循技术标准进行测试，或因新设备错误操作，这些均会产生内部干扰。此外，卫星上透明转发器同时转发多种载波所引发的互调干扰也属于内部干扰，该情况是因上行功率超出规定功率，导致转发器工作在非线性区而导致的[4]。

2.2 广播电视的监测业务

为了规避干扰，保障广播电视的安全播出，需要对广播电视系统开展监测业务。传统监测因技术局限，多通过业务员的双眼对电视信号进行监测。由于人的精力有限，很难确保监测的范围及质量，因而常常发生信号异常而未监测到的情况，甚至耽误信号传输应急处置的最佳时机。随着技术的发展与应用，广播电视监测业务逐步拓展，主要涉及码流层、音视频层、信道层以及频谱等的监测。

2.2.1 码流层监测

码流层监测多采用码流分析仪对广播电视传输码流进行监测。监测时，工作人员依循TS 包结构信息，对信号情况加以研判。码流监测的重点集中在带宽码率方面，通过总码率监测可把握码流整体运行情况。一旦出现异常，需要及时加以调控，由此把握节目播出状态[5]。

2.2.2 音视频监测

音视频监测往往需先将码流信息格式进行转换，使之能够为设备所识别，再利用音视频设备对音视频进行不间断监测。由于需要对节目进行实时、一对一监测，因而涉及多个监测技术指标，主要有音频丢失、音量大小、单音、无声音以及视频静帧、黑场、彩条等指标。

2.2.3 信道层监测

广播电视监测常采用QPSK 信道指标进行信道层监测。监测时，常采用载波电平、信道功率及信道频谱进行监测。

2.2.4 频谱监测

频谱监测需要借助频谱信号分析设备的支持，对调频、模拟及数字等信号展开监测，判断数字、模拟电视或调频广播的信号内容是否满足预期规范，并利用诸多参数反映信号优劣，由此达到监测目的[6]。

3 基于认知无线电技术的广播电视监测

无线电技术在广播电视监测中的应用主要集中在认知无线电技术方面，其不仅能够搜索和识别新信号，还可监测节目播出效果、中短波波段频率及节目总体质量。

3.1 信号搜索与识别

广播电视监测的要点之一在于新信号的识别与发现，通过跟踪新信号判断新节目的变化。值得注意的是，新信号的出现具有不确定性、不可预知性，因此，需要借助认知无线电技术的信息感知、研判及预测等多元功能，对典型样本信号加以感知，结合其独特的频谱参数，完成新信号预测。一旦在全频段检测中发现对应信号，即可迅速发现并识别。此外，认知无线电技术能够依循广播电视系统所设置的特定参数完成频谱调制方式的识别，还可对广播电视节目类别及不同语种加以识别[7]。

3.2 播出效果监测与完善

由于频谱资源有限，广播电视行业需要对频谱采用固定分配机制，这容易导致播出时同邻频信号干扰增多，影响中短波广播节目的播放效果。为了解决这一问题，需要借助认知无线电技术对外部环境进行感知，及时获取节目频谱负荷，并结合负荷调整参数，保障系统能够及时适应信号变化。此外，认知无线电技术在接收机中应用，能够提供高效、可靠的信号接收，从根本上完善广播节目的收听效果。

3.3 中短波波段频率监测

对于特定收测地区，可利用频谱负荷监测的方法掌握无线电广播频率的占用及频道情况，以达到对收测区广播频率分布、电磁环境、电台干扰等情况的监测，并充分掌握非法电台及电波传播规律，确保频谱资源利用率的提升。在认知无线电技术的支持下，业务人员可通过模型建构对频谱信号使用情况的判断，配合无线电认知表达语言的描述，及时获取频谱负荷情况，为频率指配及换频方案的实现提供支持[8]。

3.4 节目质量监测

通过认知无线电技术，业务人员能够及时发现节目播出过程中的异常状态，并采取有针对性的措施，改善节目的播出质量。在广播电视播出质量传统监测方式下，业务员从接收到异常警报信号，到处理完多个设备、完成诸多参数调整步骤，往往需要较长的时间，而认知无线电技术打破了上述弊端，其能够根据有载无调、无载波时频谱的特征，在异常发生的第一时间即可识别异常，并将异常信息同步传送到业务部门，为迅速排除节目播放事故、提高节目质量提供了保障[9]。

4 结语

为了保证广播电视的播出效果，需要采用行之有效的监测技术，对节目频道的占用情况及相关干扰信号进行监测，结合监测数据及信息，解读广播电视节目播放过程中可能存在的问题及播出效果，以便及时调整设备各项参数，达到提高节目播放效果的目的。认知无线电技术在广播电视监测领域有着十分重要的应用。通过认知无线电技术的支持，可有效提升广播电视监测效率。值得思考的是，当前无线电网监测尚难完全实现智慧化、信息化，因此，如何持续拓展该技术应用的纵深程度，持续推动广播电视系统监测过程的高效化、智慧化发展，仍是相关领域亟待深入研究的一项课题。