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    数字广播电视中软件无线电技术的应用分析

    时间：2023-03-24 17:00:09来源：百花范文网本文已影响人

    刘新哲

    （邯郸新闻传媒中心 河北 邯郸 056002）

    软件无线电技术是继模拟和数字技术后又一次电子技术革命，也是现代计算机技术、超大规模集成电路和数字信号处理技术在无线电技术通信中应用的产物。软件无线电技术是一种新兴的通信系统模式，以硬件平台为基础，软件编程为主体，改变传统无线电台功能单一化的设计理念。软件无线电技术的设计原理可以减少功能单一、应激性差的硬件电路，尤其是减少模拟环节，把数字化转换靠近天线。软件无线电技术具有较强的灵活性和开放性，通过对软件的升级就能改变硬件配置结构，同时拥有全新的功能。其优势在软件无线电技术通信领域得到了广泛运用，也是实现数字广播电视新模式的重要因素[1]。

    1.1 数字广播电视发展需求

    近年来，数字技术的应用已经在人们生活中随处可见，大众对大屏幕投影的画质、声音的质感和智能体验有了更高的要求，随着软件无线电技术迅猛发展，数字广播电视功能有了很多创新。例如在音频方面，目前数字电视可以做到智能感应视频的音源并切换不同声音；
    在视频画质方面，观众可以根据所观看视频的光源和色彩频段智能调节画质，以带来更好的视听感受；
    在其他辅助业务中还包括语音智能人机对话功能、节目点播功能、视频摄像头监控功能、卡拉OK功能。这些数字广播电视所拥有的功能是老式广播电视无法逾越和比拟的。

    数字广播电视信号在传输过程中遇到问题是比较常见的。如传输工程中产生电阻，以及电缆的磨损、电缆设备方面相关的影响因素都会导致损耗一定的高频信号使信号不稳定。

    随着越来越多的智能家电进入每个家庭，例如手机、电脑、智能家电等都成为现代家庭必不可少的物品，这些设备在使用过程中会产生一定的电磁波，影响数字信号的传输，导致终端出现错码和乱码，然而这种情况是不可避免的，人们只能争取将损失降到最小。

    网络是信号传输的重要组成部分，需要外部接口进行连接。由于使用外部接口连接，长期使用就会造成磨损。光纤作为数字广播电视的重要传输部分，保证光纤的使用和传输质量是重中之重。

    高质量的电视画面要靠电视信号的传输质量和稳定性来保证，电视在播放中突然出现雪花点或者黑屏都是系统出现乱码导致，这种现象叫作影像失真。要保持电视画面的稳定性，研究人员需要不断升级系统和提升技术，并从源头解决此问题，利用新技术来稳定电视转播画面。

    1.2 无线电技术内容及作用

    软件无线电技术的优点很多，比如系统互通功能，可实现轻而易举地更新换代且成本低；
    处理信号能力强，使系统减少被干扰的可能性；
    可运用在各种硬件耗材中，在体积上也没有具体的限制。所以目前在数字广播电视系统中大放异彩。

    另外，软件无线电技术通用性高，通用平台是其发展的基础。平台结构包括信号速率、业务种类、高频宽带等等，通过软件控制后，用户可以对平台的工作结构进行调试和操作。这样可以在同一个工作结构平台下转变为不同技术同时存在的通信系统。在保证硬件平台稳定运行的前提下，升级软件平台系统就可以使技术适时改变和升级，并且可以实现多种业务同时存在，开放性非常高。随着芯片技术和互联网技术的发展，软件无线电技术在数字广播系统中也起着非常重要的作用。

    数字广播电视系统运行从模拟信号全面向数字信号过渡，目前数字广播电视系统想要获得更多的模拟信号，主要依靠A/D技术，途径是转化器不断向射频天线靠近。在无线电技术快速发展的今天，数字广播电视系统在产生了数字信号以后，就可以用宽带提供的数模转换器将数字信号转换成模拟信号。

    软件无线电技术硬件平台结构比较复杂，包含多种数据和结构。同时硬件平台的通用性和开放性优势很大，首先多样化的数据源在访问方面可以进行多样化选择，然后再调试。需要注意的是，不同的系统调试方式也会有所变化。软件平台方面操作相对简单，采用的技术是分层处理模式。

    当前，调频广播行业中依然存在许多的竞争，部分企业逐步向调频广播数字化方向发展。数字信号和模拟信号两者之间是并存状态，研究人员可以依据此情况开展新型的信号设备的研发。现阶段常用宽带过于狭窄且有不稳定的信号波动，为了能够进一步将无线电技术运用到数字广播电视系统中，还需要对软件无线电技术和当前数字广播电视的发展制定出具有针对性的方案。

    无线电技术主要是借助无线电波来完成信号的传输，先通过强电流和弱电流之间的转换和调制信号，然后将信息附加到无线电波中把信号传输出去，当信息传达到终端后，通过解码把信息提取出来，这就是完整的信息传输技术。将无线电技术强化到数字广播电视系统中，可以从根本上提高数字广播电视的信号传输率，通过无线电技术使信号质量提高，增强数字广播电视的画面和音频等的稳定性，对数字广播电视的发展起到了至关重要的作用。数字广播电视借助无线电技术，干扰信号出现率明显下降，空间数据传输的效果非常明显，从本质上改善了传输距离和传输质量，软件无线技术成为数字广播电视系统中不可或缺的关键因素。

    软件无线电技术在数字广播电视应用中可以实现信号传输效益和信号质量的全面提升，在频谱资源融合基础上发展了数字广播电视的兼容性，为数字广播电视的发展奠定了良好的基础。

    2.1 软件无线电系统平台架构

    软件无线电技术是一种新兴的无线电通信方式，其通用性较高，可以实现各种通信系统的互联、升级，是一种可实现多频段、多模式、多功能的通信体制[2]。软件无线电的硬件包括电源、天线、多频段射频转换器、宽带A/D和D/A转换器和数字信号处理（digital signal processor，DSP）。理论上的软件无线电结构如图1所示。

    图1 理论上的软件无线电结构图

    天线一般要求覆盖频率较宽，而且每个频段的特性要均匀，这样可以满足传输需求。智能天线是在软件无线电的基础上升级的天线设计新概念，是数字多波束形成（digital beam forming，DBF）技术与软件无线电相融合的技术，如图2所示。

    图2 无线电的智能天线的组成结构图

    无线电技术包含了软件技术和硬件技术，硬件技术往往会限制软件技术的发展，所以应对硬件技术的要求有所提高，硬件技术全面发展可以减少系统占用的空间，提高系统使用率。

    2.2 硬件平台

    软件无线电技术建立了规范的、多用性的、模块化的硬件平台，它涵盖的应用性更多，比如更高的自由性和更强的延展性，这是软件无线电技术的基本要素。软件电台技术的硬件平台相对复杂一些，不管是宽频模数、宽频数模转换器，还是数码变频器等，都是构成一个硬件平台的重要部分。考虑到生活中对无线电技术的应用需求，同时也要考虑到硬件平台各部分的正常运转，这样才能保证各部分之间的相互融合，使无线电技术水平得到提高。同时无线电技术的硬件平台也包含了较多的部件，硬件平台可对数字、文字、音频等进行保存，在获取系统中的信息源时，有明确的编码，并且针对不同信息源采取的方法也不同，用不同的调节方式去调节不同的系统，才可以保证系统的兼容性。

    2.3 软件平台

    软件平台设计使用的软件无线电技术，分层模式主要以开放系统互联参考模型为基础。主要包括数字信号处理所产生的质量、各种无线电信令系统等。无线电技术在生活中的应用，不仅需要考虑到各个行业的发展需求，还要考虑到无线电技术本身所具有的特点，才能确保可以充分地发挥无线电技术自身的优点。分层软件模式是无线电技术软件平台运行的关键因素，主要是因为无线电技术的软件平台具有延展性、自由性等特点，但在使用过程中仍需要对各种数据和影响因素进行综合分析，解决措施也需要有针对性，能够有效地解决无线电技术软件平台的相关问题，使无线电技术在其他行业的发展能够发挥辅助作用。

    无线电技术的出现是计算机技术和通信技术相结合而来的[3]。宽带多频段是最重要的组成部分，宽带的速度决定了软件无线技术发展，当前的网络承载量，普通的天线已经不能满足无线电信号的传输，多频段的宽带则可以满足无线电技术信号的传输。要想满足无线电技术的运转还需要高速数字信号处理技术。传输的信号经过其他部分的处理过后交给高速数字信号处理软件再进行处理，可见高速数字信号处理技术的重要性。在无线电的使用中，对数字的处理能力也是非常重要的，高速数字信号处理器技术运用到含有大量运算处理过程中可以最大化地提高效率。数模转换器和模数转换器在无线电技术中可以把超高的数字频段数字化。无线电技术中接口的应用范围也很大，软件无线电中的信号传输速度非常快，运行数据和结构不同会导致匹配成功率低，大部分虚拟无线电网络的多样性和机动性可以提高工作效率。

    无线电技术中不可缺少的一个部件就是发射机，发射机的重要系统有模拟处理系统、数字编码发射系统和调试系统。数字编码是处理数字信号的，发射系统和模拟处理系统处理数字的相位。中频数字化结构是信息发射和接收时应用最普遍的一个部分。数字信号传输可通过多频段的宽带传输到射频部分，运用模数或者处理器数模处理器可以把各种数字信息进行多样化的转换。最后一步就是将信号传输到数字信号处理器中，数字信号处理器可以灵活地处理，最大化地减小外部的影响。根据具体的情况调整接收的频率，这样对信号的判断可以更加准确，可以更快地发现错误编码并且改正。数字广播电视中的软件无线电技术在接收信息的时候会通过模拟变频器把不同的信号转换成相同的信号，随后这些信号都会传输到高清晰度电视（high definition television，HDTV）中处理。HDTV不仅可以纠正不同类别的信号，而且还能调节各种信号，把它们归类整理，使信号传输的准确率提高，减少不必要的消耗。相比传统的信息传播技术，使用软件无线电技术对信号进行分析和应用，会比使用多种模块来处理数据的传统信息传播技术更加简洁高效。HDTV可以做到多种类型的数字信号编码匹配，同时根据信号类型而改变或者升级，做到成本上的降低。

    处于5G时代和大数据时代，数字广播电视的快速发展离不开无线信道多样化的调试方法。消费者需要更好的配置和体验感，软件无线电技术的应用正好可以匹配消费者的需求，软件无线电可以使各种模式最优化配置，这与传统调试有着很大的不同[4]。

    通过传输媒介的电视信号首先经过模拟变频成为符合A/D采样的宽带信号，随后经过A/D数字化后进行信道处理，同时输出多路正交基带信号，由数字变频对宽带内的信号进行数字正交变频和采样率变换，变为与信号带宽相适应的低采样率的基带正交数字信号。当多频段宽带匹配进来，多频段的宽带可以满足无线电技术信号的高速传输，也可以实现双向传输。数字广播电视如果包含了发射部分，使数字广播电视可以包含软件，消费者就可以根据自己的喜好来进行选择点播视频、音乐等，也可以进行视频通信和上网。这样数字广播电视就变成了数字化产品。通用的HDTV接口既可以处理数字信号也可以处理非数字信号，具有非常广泛的应用。开放性更好的硬件平台可以满足消费者的多种需求，如图3所示。

    图3 基于软件无线电原理的数字广播电视接收系统

    软件无线电技术是新时代的产物，相比于传统的无线电通信方式更适用于广播电视的技术发展和市场需要。软件无线电技术的核心技术就是原有的系统通过软件编程的模式对其进行升级改良。软件无线电技术相比传统无线电更符合消费者的需求，在市场上一定大有作为[5]。

    目前由于大众消费者的选择，各种制式机顶盒会和数字电视共同兼容。从国内成熟的电视接收机商家那里就能看出，现在广播电视的机顶盒正在使用多种制式和数字电视共存的模式，数字广播电视会迎来快速发展时期，信号覆盖范围会越来越大，还能帮客户省下一笔不小的开销。为了快速建设新的数字广播电视系统，可以把多样化的传输制式结合起来，再匹配相应的软件，这样能快速完成传输底层和终端的结合，目前这个方法已经被证实可靠。在数字电视广播的发展过程中，研究人员应该在不断地提升软件无线电技术的同时，寻找更合适的资源与其匹配，这样可以更好更快地推动软件无线电技术的发展。

    数字广播电视的快速发展离不开软件无线电技术的支持，软件无线电技术有效地提升了系统的使用率[6]。软件无线电技术应用在数字广播电视系统中，不仅是计算机技术、互联网技术和无线电技术的融合，更是一项跨时代的技术革命。

    互联网通信技术和软件技术的快速发展，电视与数字电视广播系统、软件无线电技术之间关系将越来越密切，软件无线电技术的大面积普及和数字广播电视的快速发展，将给消费者们带来很大的便利，给社会带来巨大的经济效益。

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