广播电视中短波无线发射系统的功率控制与资源管理

泽旺尼扎，黄玉龙

（西藏自治区广播电视局察雅中波转播台，西藏 昌都 854300）

0 引言

在万物互联的时代，无线电技术在移动通信、卫星导航、广播电视等领域的应用越来越广泛。无线电频谱的供需关系较之以往发生了较大的转变。如何将有限的频谱资源通过合理规划、分配以提高经济效益，如何加强无线发射系统的功率控制与资源管理，实现无线电频谱的高效使用和可持续发展，成为当前的研究热点。广播电视在人们日常生活中扮演着重要的角色，在信息传播方面有着传统优势，也是无线电应用的典型实例。本文将首先介绍无线电频谱的概念、特点及其在广播电视领域的应用，其次阐述当前国内无线发射系统中功率控制与资源管理现状，最后针对广播电视领域无线发射系统的功率控制与资源管理给出建议。

1 广播电视中短波无线发射系统概述

1.1 系统组成和工作原理

发射机是广播电视中短波无线发射系统的核心组成部分，包括调制器、功放器等关键设备，如图1所示。其主要任务是将电视和广播信号进行调制处理，并转化为相应的无线电波。天线系统负责接收到的无线电波的辐射和传输工作，通常由天线和发射线路组成，根据系统需求选择合适的天线类型和配置方式。调制与解调设备用于处理电视和广播信号的调制和解调过程，作用是将源信号转化为适合无线传输的信号格式，并在接收端将无线信号解调还原为原始信号。这些组成部分之间存在紧密的关系，发射机将信号进行调制处理后通过天线系统发送出去，天线系统负责将无线电波辐射到空间中并传输到接收设备，而调制与解调设备则处理信号的调制和解调过程。这些组成部分协同工作，使得电视和广播信号能够通过无线电波成功传输到接收设备，实现广播电视的传输或播放。

图1 广播发射机的组成框图

1.2 功率控制与资源管理的重要性

功率控制是调整发射机输出功率的过程，以确保信号在传输过程中具有适当的强度和覆盖范围。合适的功率控制可以保证信号的传输质量，避免信号干扰和能源浪费。功率控制和资源管理密切相关，共同影响着广播电视中短波无线发射系统的性能和效果。合适的功率控制可以通过调整发射机输出功率，使得信号的强度适应不同距离和接收设备的需求，确保信号能够被正确接收并保持足够的覆盖范围。例如，在较远的接收点，增加功率可以增强信号的穿透力；而在近距离的接收点，则可以适当降低功率，避免过度干扰。资源管理涉及对频谱、带宽和时间等有限资源进行合理利用和管理。优化资源管理策略和算法，可以提高系统效率和利用率，实现更好的信号传输和资源利用。频谱资源是有限的，因此需要进行合理的频谱分配和共享，以避免互相干扰和冲突。带宽和时间等资源也需要进行合理调度和管理，以满足不同信号传输需求和用户服务质量要求。通过资源管理的优化，可以提高频道容量，实现更多信号的传输，并降低系统的运营成本[1]。

2 功率控制技术研究

2.1 功率控制方法

功率控制在广播电视中短波无线发射系统中起着重要的作用，可以通过静态和动态两种方式进行控制。

静态功率控制是基于固定功率设置的方法。固定功率控制是一种简单直接的方法，在特定环境下选择一定的功率水平进行传输。然而，这种方法无法适应不同的传输距离和接收设备需求。为了解决这个问题，可以采用区域功率控制的方法，将传输区域划分为不同的区域，为每个区域设置不同的功率水平，以满足不同区域的信号覆盖要求。

动态功率控制是根据实时的传输环境和接收设备状况进行功率调整的方法。自适应功率控制是一种常见的动态功率控制方法，根据接收设备的反馈信息和信道状态，实时调整发射机的功率水平，以保持信号质量和能效。增益控制是根据信号路径衰减和干扰情况来动态调整发射机和接收机的增益，以优化信号传输质量和能效。协同功率控制通过与其他发射机或基站之间的协调和通信，实现功率的优化分配和协同传输，以避免干扰和频谱冲突，提高系统效率和资源利用[2]。

静态功率控制和动态功率控制都是广播电视中短波无线发射系统常用的功率控制方法，通过固定或实时地调整发射机的功率水平，以保证信号质量、提高能量效率并优化频谱资源利用。

2.2 功率控制对系统性能的影响

合适的功率控制不仅可以确保信号达到接收设备的要求，减小信号衰减和干扰，提高信号的传输质量和可靠性，还可以避免过度消耗能源，提高系统的能量效率。在满足信号质量要求的前提下，合理控制功率可以降低功率水平，减少能源浪费。功率控制还可以通过优化频谱资源的利用来提高系统的容量和吞吐量，支持更多的用户和信号传输需求。合适的功率控制可以减小干扰，提高系统的互操作性和频谱利用效率。通过控制和优化功率，可以减小信号的传输范围，降低互干扰的可能性，实现频谱资源的最大化利用。因此，功率控制在广播电视中短波无线发射系统中起着重要的作用。

3 资源管理技术研究

3.1 资源管理的定义和目标

资源管理是广播电视中短波无线发射系统的关键技术之一，旨在有效地管理系统涉及的各种资源，包括频谱、带宽和时间等，以满足用户的需求并提高系统性能。资源管理的目标主要包括。通过合理的资源管理策略和算法，最大限度地利用可用的频谱、带宽和时间资源，提高系统的资源利用效率，从而实现资源利用率最大化。根据用户需求和服务质量要求，合理分配资源，保证用户享受到稳定、高质量的广播电视服务，从而优化用户体验。通过优化资源管理，提高系统的容量和覆盖能力，支持更多的用户和信号传输需求，从而提升系统容量。因此，资源管理对于广播电视中短波无线发射系统的正常运行和持续发展起着至关重要的作用。

3.2 资源管理策略

3.2.1 频谱资源管理

频谱分配是根据不同业务和用户需求对可用频谱资源进行合理的分配和划分，以避免干扰和冲突。动态频谱共享采用动态频谱分配技术，根据实时的频谱使用情况和需求，实现频谱资源的共享和动态分配。通过频谱分配和动态频谱共享的策略，可以有效地提高频谱资源的利用效率，避免频谱浪费，满足不同用户和业务的需求。这种灵活的频谱管理方式为广播电视中短波无线发射系统提供了更好的频谱利用效果和服务质量。

3.2.2 带宽资源管理

带宽分配是根据不同业务对带宽的需求，采用合适的调度算法和策略，将可用带宽资源进行优化分配，以实现公平性和效率性的平衡。为了满足系统和用户对带宽的要求，还需要通过带宽控制来控制信号传输的速率和质量。通过带宽限制和调整的方式，可以在保证服务质量的前提下，实现对信号传输速率和带宽使用的有效控制，从而保证系统的稳定运行和用户的满意度。因此，在广播电视中短波无线发射系统中，带宽分配和控制是关键技术，对于保证系统性能和用户体验具有重要作用。

3.2.3 时间资源管理

时间分配是将可用的时间资源根据业务需求进行合理分配和调度，确保不同业务之间的时间交错和冲突，提高系统的容量和效率。在时分多址或时分复用系统中，时隙管理是关键技术之一。通过采用合适的时隙管理算法和策略，对时隙进行分配、调度和利用，可以有效地控制时隙的使用，从而避免时隙的浪费和冲突，提高系统的时隙利用率。在广播电视中短波无线发射系统中，时间分配和时隙管理都是重要的技术手段，可以提高无线传输系统的性能和效率，满足用户的需求。

3.3 资源管理的优化方法和模型

资源分配算法通过研究资源分配问题的特点和约束条件，设计和优化相应的算法，以实现资源的最优分配和利用。常见的算法包括线性规划、整数规划和启发式算法等。资源管理模型建立了资源管理的数学模型，综合考虑资源的优化分配、用户需求和系统性能指标，采用优化方法进行求解。常见的模型包括最大化资源利用率模型、最小化干扰模型和最大化系统容量模型等。机器学习和人工智能技术的应用为资源管理带来了新的可能性。通过对大量数据的分析和学习，机器学习和人工智能技术可以实现资源管理策略的智能化和自适应优化，进一步提高资源的有效利用水平和系统的性能。资源分配算法、资源管理模型以及机器学习和人工智能技术在广播电视中短波无线发射系统中扮演着重要的角色，为提升系统效率和用户体验提供了有效手段[3]。

4 功率控制与资源管理系统设计

4.1 系统需求分析

在广播电视中短波无线发射系统中，功率控制与资源管理系统的设计需要全面考虑以下需求。首先，功率控制需求要根据不同业务和用户需求，精确控制发射功率，以确保信号传输质量和覆盖范围。其次，资源管理需求要有效地管理系统所涉及的频谱、带宽和时间等资源，以最大限度地利用资源并提高系统性能。最后，数据监测需求要实时监测系统的运行状态和性能指标，收集和分析相关数据，并将结果反馈给系统管理者，以进行调整和优化。综上所述，功率控制、资源管理和数据监测是广播电视中短波无线发射系统中不可或缺的需求，为系统的稳定运行和优化提供了基础支持。

4.2 系统架构设计

基于上述需求，功率控制与资源管理系统的架构设计应包括以下主要组成部分。

功率控制模块负责根据用户需求和系统要求对发射功率进行精确控制和调整。该模块需要实时与发射设备通信，根据监测数据和反馈信息，动态调整功率参数，以确保信号传输质量。

资源管理模块用于管理广播电视系统的频谱、带宽和时间等资源。该模块需要实现资源的分配、调度和优化，以最大限度地满足用户需求并提高系统资源利用效率。

数据监测与反馈模块负责实时监测系统的运行状态和性能指标，收集和分析相关数据，并向系统管理者提供准确的监测报告和反馈信息。该模块可以采集功率、频谱利用率、带宽占用等数据，并提供可视化界面或报表展示，从而帮助管理者了解系统运行情况并做出相应调整。

功率控制与资源管理系统的架构设计应考虑到功率控制模块、资源管理模块以及数据监测与反馈模块，以满足广播电视中短波无线发射系统的需求。

4.3 数据监测与反馈

功率控制与资源管理系统可以通过实时数据监测、数据分析与处理以及反馈与调整等功能模块完成。系统采集广播电视中短波无线发射过程中的相关指标，包括功率、频谱利用率和带宽占用等信息。基于这些数据，系统进行分析和处理，提取有用的信息并生成相应的报告和可视化界面展示。系统还可以将监测结果和分析报告反馈给系统管理者，以便进行调整和优化，保证系统的正常运行和性能优化。通过以上功能模块的设计和实现，功率控制与资源管理系统可以实现发射功率的精确控制和调整，资源的优化分配和利用，为广播电视中短波无线发射系统的运行和管理提供有效支持[4]。

5 功率控制与资源管理的协同作用

功率控制功能通过对无线发射系统的输出功率进行精确控制，可以调整信号的传输强度和覆盖范围，对于确保信号质量、减少干扰以及满足不同传输需求非常重要。功率控制功能可以根据特定的时间段或频道需求进行灵活设置，使得系统能够适应不同节目的播放要求和信号传输距离的变化。资源管理功能则关注无线发射系统的可用频率、信道和带宽等资源的合理分配和利用。通过资源管理，可以避免频率冲突、资源浪费和效率低下的问题。该功能可以实时监测和跟踪不同资源的使用情况，根据需要进行动态分配和优化，确保资源的最大利用率[5]。

系统根据预设的节目排播计划，通过功率控制功能自动调整不同节目所需的功率级别。资源管理功能会检查并分配相应的频率、信道和带宽，以保证节目的顺利播放。例如，在高峰期或重要节目播出期间，系统会自动提高功率并优化资源分配，以确保信号的稳定性和覆盖范围。通过资源管理功能，系统可以根据实时的资源利用情况，合理选择可用的频率和信道，避免频率冲突和资源浪费。功率控制功能可以根据实际需求进行功率调整，使得系统在满足传输效果的前提下尽量节约能源。这样不仅能够提高系统的效率，还能减少资源的消耗和运行成本。

6 结语

无线电频谱资源是人类共享的宝贵自然资源，受当前技术的限制，频谱宽度难以拓宽，但各行各业对频谱资源的需求日益增长，原有的频谱利用技术如频分复用等已有疲态之势。广播电视是民用无线电的典型应用实例。从该领域入手，尝试进行无线电频谱资源创新型管理，完善相关管理措施，优化无线电频谱资源分配，合理利用有限的资源，对于无线电行业的高效和可持续发展有着重要作用。