软件无线电技术在广播电视中的应用

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摘要：在信息时代的今天，软件无线电技术在现实生活中，特别是在数字广播电视系统中的应用极其普遍。它不仅仅是计算技术与无线技术的结合，更是一次电子信息技术的革命。随着电子技术的进步和时代的向前发展，无线电技术已经实现了从单工通信至双工通信革命性的转变，随后出现了模拟信号通信、数字信号通信等新的手段，最后演变成了当下的数字广播电视技术。本文对软件无线电技术的具体结构、硬件软件平台和核心的技术进行了深入的讨论。

关键词：软件无线电技术；数字广播电视系统；应用软件

无线电技术最早应用于军事研究。1992年6月，MALTRE公司的Joe.Mitela在美国国防部的远程系统会议中首次创造了软件无线电（Softwareradio，SWR）的概念，并把它排在军事技术研发中优先等级非常高的位置。尽管已经经历了几十年的发展，目前无线通信领域仍然存在着许多问题，例如：新的通信标准及体制层出不穷，研发出来的通信产品生命周期非常短，研发费用很高。多种通信体制的同时存在造成了很多研发上的资源浪费，因而对不同体制间的兼容的要求也越来越强烈。除此之外，随着使用的推广，无线的频带日趋拥挤，这对通信系统的抗干扰能力及频带利用的效率都有了更高的要求。所以，以往把硬件作为核心的无线通信设计理念开始难以适应局势，针对这些难题，软件无线电技术应运而生。软件无线电的核心思想是以创造一个标准的、适用性广泛的、模块化的硬件平台，以软件编程作为实现无线电台功能的主体，改变以硬件为主、功能单一的传统电台设计方法与理念。软件无线电技术的设计手法可以减少功能单一、应激性差的硬件电路，特别减少了模拟的环节，把数字化处理(D/A与A/D变换)尽量贴近天线。软件无线电技术的体系讲究全面的开放性及可编程性，使用者仅仅通过软件的更新就能改变硬件的配置结构，进而实现全新的功能。这是这种优势，软件无线电技术短短几年就在通讯领域得到了广泛推广。

1软件无线电技术介绍

1.1硬件平台

软件无线电技术建立了标准的、适用性广泛的、模块化的硬件平台，这个硬件平台具有很多优良特点，比如可拓展性高、开放性强，是软件无线电技术的物质基础。软件无线电技术的硬件平台通常是由下列几个部分构成的。①数字上下变频器；②模拟前端；③高速数字信号处理器；④宽带模数变换器（A/D）；⑤宽带数模变换器（D/A）。发射的数据源种类异常繁多，既可以是普通数据也可以是被转换的视频语音数据等输出的数据，数据首先要经过信源编码（采用MPEG或FPEG编码），再经过信道的编码，当然也可以在信道的条件下采用联合编码的方式，多路访问也有多种方法，例如，CDMA、DMA等。不同的制式系统下，调制部分有着不同的调制方法，比如FSK、KPSK、QPSK及DQPS等。它们必须互相兼容，调制部分还包括预设定的信息处理，比如：比特同步处理、字节同步处理等。最后数据经过上下变频、D/A变换输送到RF的前端，最后依靠天线发射出去。上述的变换过程存在多路重复占用的情况，数据传输速率理论可达10Mbps。如果再进行调制解码、上下变频，传输速率最高能达到60Msaos（引兆采样次数的秒速率)。数据的接收过程与发射过程刚好相反。软件无线电技术的基础结构通常采用往往采用以VMF(标准虚拟机环境)总线，支持并行线及多处理机。

1.2软件平台

软件无线电技术的软件设计使用以开放系统互联（OSI）参考模型为基础的分层软件结构，支持消费者自主定制的模块化设计，包括基本的算法以及功能模块，下面具体列出：①函数库和DOS的指令；②信号流转换库；③FIR.I滤波与FFJ波变换以及波形合成；④DPSK、AM、FM、FSK、扩频等调制算法库；⑤各种无线电信令规程库PRE-LTP，PCM，CVSD等话音编码算法库；⑥JPEG、MPEG、H261等图像编码；⑦信道纠错编码库开放性的重要评价标准是软件程序是否具有可重用性，是否能兼容于由不同硬件生产商提供的硬件平台；接口是否是具有标准的软件功能模块。对此，国内外提出了很多种实现无线电的软件技术方法，特别是实现软件的即刻使用（PlugxPlay）方面更是突出。对比这些方案，发现其共同特点是结构上的层次化、功能上的模块化。不同之处是具体的划分界限及功能模块之间的接口。

1.3关键技术

现代无线电技术是计算机与通信技术发展相结合的新技术。第一，多波段带宽是软件无线电的核心技术，软件无线电的工作范围是1MHz~4GHz，如果使用以往天线定义的方法，受天线长度的约束，可能会对信号的传输产生干扰。第二，使用模数或者数模技术，使转换装置与天线的间距缩短，将它们转移到射频前端，使高频信号转化为数字信号，这个过程需要的工作频率和数据采样频率的要求非常高。另一方面，多变的工作环境对ADC和模数转换的速度要求更高，动态范围的区间更加大，同时满足数据传输的要求，应注意ADC的采样率是否符合要求。第三，快速的数字信号处理技术及DSP技术同样是软件无线电技术的关键领域，数字信号经过模数转换装置后，接受DSP软件的再次处理，软件无线电技术的关键是数字处理速度及能力。硬件设施和软件程序是影响无线技术最重要的因素，硬件技术限制了实际应用中的软件无线电技术的应用，特别是在模块分化领域，所以应该加大对硬件研发的资金投入，为软件技术的应用提供基础。

2软件无线电技术在数字广播电视系统中的应用

现代数字广播电视的基本原理模拟信号与数字信号之间的相互转化，并且转化过程过渡良好。A/D转换装置通过射频天线获得模拟信号，然后进行处理转换成数字信号，这是软件无线电技术的基本思路。数字电视广播一定程度上担任了无线电技术的载体，利用DAC信号转换成模拟信号再到数字信号。无线技术具有很强的灵活性，可以通过系统升级来适应新的要求。

2.1DRM的发展

随着数字媒体与调频广播的竞争日益激烈，许多科研机构开始进行数字调频无线电技术的实验。由于数字信号和模拟信号非常类似，可以参考无线电技术对模拟装置进行研发。随着无线科学技术的发展，为了提高广播的质量，数字广播要与网络资源有效结合。

2.2无线电技术在DRM中的应用

由于无线宽带带宽窄，而信号的动态范围大，在实际应用中应慎重选择。可以加入宽带变频模块中，加入A/D天线中，将信号从全频段输入到频段，从而实现预定频带信号的功能。

2.3软件无线电技术在DRM发射机中的应用

相对于接收装置来说，发射装置的研制更加复杂，发射装置通常包括3个独立的子系统，调制子系统负责数字调制编码、数字信号处理和相位转换，模拟信号处理子系统是在振幅相位调制符号的应用越来越多，功率放大器和信号传输是否成功传输子系统的关键。

2.4数字电视接收系统中频数字结构是当下数字电视接受

系统中出现频率最高的结构，其基本原理使用多波段天线把数字信号传送到射频部分，然后通过ADC和DAC的变换，再经过相关变频装置的处理，把信号反馈到DSP系统中。基于软件无线技术的数字电视接收系统，首先通过数模转换的处理，使其与信号转换装置相兼容，再经模数转换装置转换，可输出基带信号，然后进行变频处理，使之与信号带宽兼容，同时这种信号还要被HDTV装置识别。实际上，为了提高数据处理速度，在软件无线电技术中经常采用多处理器模块，通过对应软件的升级就可以增加新的功能，而无线电技术均使用软件预处理算法。基于软件无线电的原理，高清晰度数字电视接收机不仅能发出适合各种编码速率的数字信号，但也有更新和升级自己的能力。HDTV接受装置实现了新格式的播放方法，大大降低了软件无线电技术的使用成本。

2.5软件无线电技术中的实际应用

在大数据和4G时代，信道的调制方式对数字广播电视的发展有着非常重要的意义，因此需要开发更先进的无线通信技术。当下消费者需要更好的配置，软件无线电技术正好是符合这种要求的一种资源。依靠这种技术可以实现不同模块的最优配置，这大大改变了传统统一的调制方式。当介质的带宽增加，双向传输变得可能实现，如果发射部分也融合到数字电视，这种软件化的数字电视使消费者不仅可以根据自己的需要进行点播，而且可以上网，进行异地可视通话、信息传输甚至远程协助。这样它就变成了现实意义上的信息化产品。通用的HDTV调制器不仅能处理数字信号，还能处理语音、图片、视频等非数字信号，具有非常广泛的适应性。并且，这种信息化的硬件平台是完全开放的，可以由用户自主定制。

参考文献：

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作者:张占顺 单位:安徽广播电视台淮南发射台