無線電廣播中的軟件無線電技術(shù)應(yīng)用分析

張玉寶

1 關(guān)于軟件無線電技術(shù)

1.1 基本技術(shù)內(nèi)涵

軟件無線電技術(shù)歸屬于無線通信領(lǐng)域，在現(xiàn)代通信產(chǎn)業(yè)中占據(jù)舉足輕重地位。嚴(yán)格來講，軟件無線電技術(shù)是軟件與數(shù)字處理硬件技術(shù)的相互結(jié)合，它在商業(yè)無線電領(lǐng)域可以提供成本價(jià)格更低、市場應(yīng)用更廣泛的無線電系統(tǒng)技術(shù)，是無線通信領(lǐng)域發(fā)展創(chuàng)新的原始動(dòng)力，被廣泛應(yīng)用于數(shù)字無線電廣播領(lǐng)域中。

1.2 基本技術(shù)結(jié)構(gòu)

在軟件無線電技術(shù)中，將A/D與D/A變換器向射頻轉(zhuǎn)換靠攏，利用寬帶天線、多頻段天線來轉(zhuǎn)換中頻頻段，全程都要采用到可編程數(shù)字器件。在這一技術(shù)轉(zhuǎn)換過程中，可以發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換是具有相當(dāng)大的通用特質(zhì)的，在解決數(shù)字無線電廣播的多頻段、多調(diào)制方式與多址方式具有良好效果，能夠構(gòu)成以多體制為主的通用無線通信系統(tǒng)?？傮w來看，無線電軟件技術(shù)所構(gòu)造的通用硬件平臺(tái)是標(biāo)準(zhǔn)化的、模塊化的且具有開放性，它的所有工作頻段、數(shù)據(jù)格式、加密模式、調(diào)解類型以及通信協(xié)議都通過軟件完成，保證A/D、D/A轉(zhuǎn)換器能盡量接近天線，提高信號(hào)接收的高靈敏度和高靈活性，所以，它屬于新一代的無線通信系統(tǒng)。從技術(shù)角度來講，無線電軟件能夠重新定義和控制無線電廣播電臺(tái)，實(shí)現(xiàn)更多無線電廣播技術(shù)，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)各種功能軟件的有效升級(jí)，形成全新的調(diào)制波形與通信協(xié)議，極大程度延長了無線電廣播電臺(tái)使用周期，也較大程度節(jié)約了技術(shù)成本開支[1]。

2 無線電廣播中的數(shù)字調(diào)幅廣播軟件化接收技術(shù)應(yīng)用分析

在無線電廣播中，數(shù)字調(diào)幅廣播軟件化接收技術(shù)基于多模式廣播接收整合技術(shù)內(nèi)容展開，它迎合當(dāng)前大部分無線電廣播收音機(jī)所采用的集成電路來實(shí)現(xiàn)廣播調(diào)幅與廣播接收機(jī)相互集成，保證無線電廣播既能播放短波調(diào)幅廣播，也能播放立體聲調(diào)幅廣播，屬于典型的數(shù)字調(diào)諧模式。

目前，從模擬接收到數(shù)字接收過程中，基本采用到了數(shù)字化方法，像基帶數(shù)字化、射頻直接數(shù)字化、中頻數(shù)字化就是其中比較主流的3種數(shù)字化技術(shù)方法。圍繞這3種數(shù)字化技術(shù)方法所建設(shè)的最理想數(shù)字接收模型，主要從無線電廣播電臺(tái)天線進(jìn)入信號(hào)，再經(jīng)過濾波方法來放大信號(hào)，通過A/D、D/A來實(shí)現(xiàn)無線電廣播數(shù)字化。整體來看，該技術(shù)內(nèi)容結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，能夠?qū)⒛M電路數(shù)量結(jié)構(gòu)降到最低程度，同時(shí)其數(shù)字化處理部分卻有所增加，這就保證了信道抽取與零中頻變換效率，也實(shí)現(xiàn)了通過DDC輸出信號(hào)來為DSP完成軟件解調(diào)處理過程。在信號(hào)檢測部分，則主要利用DSP技術(shù)調(diào)用相應(yīng)程序包，用到了DSP模塊相對(duì)強(qiáng)大的運(yùn)算能力，使數(shù)字無線電廣播平臺(tái)功能得以全面發(fā)揮。

從技術(shù)角度詳細(xì)來講，數(shù)字調(diào)幅廣播軟件化接收技術(shù)作為一種無線電技術(shù)，能夠深層次考慮到無線電廣播平臺(tái)接收機(jī)結(jié)構(gòu)，提供更為經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)融合方式。而且，由于相比傳統(tǒng)技術(shù)它所設(shè)置的模擬電路更少，集成度更高，所以，其接收終端也相對(duì)小巧，在射頻采樣結(jié)果方面對(duì)A/D、D/A器件的要求有所提升，對(duì)后繼數(shù)字處理部件的技術(shù)處理過程也更加嚴(yán)謹(jǐn)。比如，在射頻采樣技術(shù)過程中，就利用射頻低通或射頻帶通進(jìn)行采樣。以射頻低通采樣為例，可根據(jù)Nyquist采樣技術(shù)定理對(duì)數(shù)字無線電廣播的頻率帶限信號(hào)x(t)中的頻帶進(jìn)行限制（限制于（0，fH）范圍內(nèi)）。另外，要保證其采樣率不小于fs=2fH，且要對(duì)x(t)進(jìn)行等間隔采樣，并得到離散采樣信號(hào)x(n)=x(nTs)，最后保證完全表示原信號(hào)x(t)。在無線電廣播頻帶上，要以調(diào)頻工作頻率最高為基準(zhǔn)來設(shè)置采樣率，并給出采樣率的最低要求應(yīng)為fs=216 MHz。以目前的數(shù)字無線電短波廣播為例，按照我國所規(guī)定的頻率范圍（3.2～26.1 MHz），它的帶寬應(yīng)該在22.1～22.9 MHz。這里依據(jù)帶通采樣定理就能設(shè)定一個(gè)頻率帶限信號(hào)x(t)，它的頻率要限制于(fL,fH)范圍內(nèi)，以滿足采樣數(shù)率fs，最終得出：

再一點(diǎn)，為有效避免鏡像干擾，還要在數(shù)字調(diào)幅廣播軟件化接收技術(shù)中采用二次變頻技術(shù)，將原有的頻率混頻（10.7 MHz）轉(zhuǎn)換為二次變頻（465 kHz），基于這一特點(diǎn)來建立接收機(jī)，調(diào)整FM、AM通道，同時(shí)將A/D轉(zhuǎn)換為相對(duì)固定頻率，以便于數(shù)據(jù)采樣與后繼處理。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字調(diào)諧技術(shù)與數(shù)字化無線電廣播平臺(tái)中的所有電路兼容，在一定程度上放寬濾波器帶寬，保證無線電廣播中對(duì)軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用性價(jià)比達(dá)到最佳水平[2]。

3 無線電廣播中的OFDM技術(shù)應(yīng)用分析

在數(shù)字無線電廣播技術(shù)平臺(tái)上，OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用技術(shù)）也是具有一定技術(shù)特色的軟件無線電技術(shù)。它采用的是不連續(xù)的多音調(diào)技術(shù)，基于載波中不同頻率的大量信號(hào)來實(shí)施信號(hào)合成，最后完成信號(hào)數(shù)據(jù)有效傳送。該無線電軟件技術(shù)在數(shù)字無線電廣播平臺(tái)中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)雜波干擾傳送信號(hào)能力的優(yōu)化，非常適用于某些外界抗干擾能力偏差的傳輸介質(zhì)。

從技術(shù)層面講，OFDM技術(shù)所采用的分支技術(shù)就包括MCM多載波調(diào)制，它能有效克服多徑接收，提高系統(tǒng)傳輸碼率。如果無線電廣播電臺(tái)在調(diào)制機(jī)制中只采用一個(gè)載波信號(hào)，就能通過數(shù)據(jù)調(diào)制來實(shí)現(xiàn)高頻載波傳輸，在OFDM技術(shù)中則會(huì)采用復(fù)數(shù)載波信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，降低傳輸比特速率，保證數(shù)據(jù)傳輸速率降低，信號(hào)波形周期加長，進(jìn)而避免信號(hào)波形間產(chǎn)生不必要干擾。

此外，OFDM技術(shù)能夠?yàn)閿?shù)字無線電廣播平臺(tái)技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻域內(nèi)給定信道多正交子信道建設(shè)，基于單獨(dú)子載波來調(diào)制信號(hào)數(shù)據(jù)內(nèi)容，并通過子載波實(shí)施信號(hào)傳輸，保證信道頻響曲線是非平坦的。換言之，就是要豐富無線電廣播的頻率可選擇性，通過子載波來傳輸信號(hào)數(shù)據(jù)。而如果子信道是平坦結(jié)構(gòu)，則要通過窄帶傳輸，它的信號(hào)寬帶小于信道帶寬，可通過這種技術(shù)應(yīng)用類型來有效消除無線電廣播信號(hào)傳輸過程中的信號(hào)波形間干擾，從某種程度上提高頻譜效率。

當(dāng)然，OFDM軟件無線電技術(shù)的使用也為數(shù)字無線電廣播平臺(tái)提出了更高要求，因?yàn)樵摷夹g(shù)對(duì)于相位噪聲相當(dāng)敏感，這是因?yàn)樽有诺乐械念l譜可能存在相互覆蓋現(xiàn)象，這就間接為系統(tǒng)正交性提出了更高要求。在應(yīng)用OFDM技術(shù)的過程中應(yīng)充分考慮到無線信道中所存在的時(shí)變形，以及OFDM系統(tǒng)子載波中所存在的正交性，這也是為了避免子信道信號(hào)受到相互干擾而影響無線電廣播信號(hào)傳播質(zhì)量。所以，在設(shè)置OFDM接受機(jī)時(shí)，應(yīng)深入研究其載波頻偏所對(duì)應(yīng)的估計(jì)與恢復(fù)技術(shù)應(yīng)用過程，保證數(shù)字無線電廣播平臺(tái)中的數(shù)字調(diào)幅廣播系統(tǒng)與OFDM同步接收機(jī)技術(shù)相互協(xié)調(diào)，最終達(dá)到載波頻率同步的技術(shù)目的。

如圖1所示，在數(shù)字無線電廣播平臺(tái)中應(yīng)用OFDM技術(shù)，可以看到其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各個(gè)模塊之間可能會(huì)存在相互影響。為避免這一相互影響問題，必須消除這些干擾（主要是符號(hào)間干擾與子載波間干擾）。一般可在信號(hào)數(shù)據(jù)中插入循環(huán)前綴，配合OFDM時(shí)域符號(hào)來擴(kuò)大信號(hào)延擴(kuò)展值，并明確符號(hào)起點(diǎn)、時(shí)延以及導(dǎo)頻三者之間的關(guān)系[3]。

圖1 數(shù)字無線電廣播平臺(tái)中OFDM技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)示意圖

4 結(jié)語

本文對(duì)數(shù)字無線電廣播中的軟件無線電技術(shù)——數(shù)字調(diào)幅廣播軟件化接收技術(shù)與OFDM技術(shù)進(jìn)行了深入分析，指出二者對(duì)于當(dāng)前數(shù)字無線電廣播平臺(tái)應(yīng)用的具體功能作用，即它們都能實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)信號(hào)數(shù)據(jù)的有效傳播與干擾降低，并具有較高的控制單元分散處理能力，有效減少信號(hào)傳輸時(shí)延，對(duì)未來無線電廣播技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展具有極高的實(shí)用價(jià)值。

[1]薛虎.無線電廣播中軟件無線電技術(shù)的應(yīng)用[J].科技傳播,2017(22):157-158.

[2]席鶴鵬.關(guān)于數(shù)字廣播電視系統(tǒng)中的軟件無線電技術(shù)探究[J].電子制作,2015(17):93.

[3]陳曉毅.數(shù)字廣播接收機(jī)的軟件無線電研究[D].杭州:浙江大學(xué),2005.