基于射频数字化的中短波广播监测系统探究

    赵静　杨苏卫

    摘要：近年来通信和广播等方面的快速发展，使中短波频谱被占用、频道受干扰的问题日益严重，中短波广播在传播、建设、使用等方面的优势难以充分发挥，为有效利用中短波频谱，降低频道之间的干扰，人们尝试建立中短波广播监测系统并应用射频数字化相关技术，使中短波广播信号异地接收、存储、还原等成为可能。文章对基于射频数字化的中短波广播监测系统产生较全面的认知，在对中短波广播信号射频数字化理论基础和现阶段中短波广播监测系统架构进行系统分析的基础上，对基于射频数字化的中短波广播监测系统架构展开研究。

    关键词：射频数字化；中短波广播；监测系统架构

    在传统中短波广播检测系统中采用的中频数字化方案，单纯依靠录音和数据采集频谱对中短波信息情况进行分析，准确性和全面性难以保证，而基于射频数字化的中短波广播检测系统架构通过数据的即时传输和存储，利用信号重构技术使即时存储的射频数字化数据还原恢复成为可能，对研究波段整体短波广播信号传输规律具有重要的意义。

    1.中短波广播信号射频数字化理论基础

    射频带通采样和射频低通采样是以射频数字化为基础的软件无线电的主要技术方案，两者的信号处理流程具有较强的共性，均是简单放大射频前端信号的滤波，然后利用A/D芯片采样数字化，两者之间的主要差异是前者在滤波的过程中应用比较狭窄的带通滤波器，而后者在此过程中应用低通滤波器。现代采样理论认为，带限信号在模拟信号和数字信号两者之间转换时，如果采样的频率比信号中最大的频率的2倍还大时，可以说明，采样的数字信号能够理想地保存原信号中的信息。换言之，可以结合采样信息对元连续信号进行重构，结合中短波广播信号的特征和采样理论，在射频直接采集的过程中，如果采集设备最低采样频率在60兆赫兹及其以上，就可以说明其较理想地保存了采集信号的信息，可全面地实现广播采集信号的还原。现代对中短波射频数字化数据传输的相关研究证实，当信道中具有随机热噪声的情况下进行数据信号传输时，信道容量和信道带宽信噪比之间具有比较固定的关系，利用已经被证实的固定关系，可以确定中短波广播信号数字化后数据传输的速率，结合计算结果可以发现，当网络传输和硬盘存储的速率均在112.12兆比特每秒以上时，中短波射频信号数字化数据远距离存储和传输就具备可能，这为射频数字化在中短波广播检测系统中的应用提供了数据支持。广播监控系统要实现对数据的连续全面存储，需要利用数据流盘存储设备，由于监控系统自身对存储器的具体位置并未明确的限定，所以选用的存储器设备并不做严格的限制，例如控制器上的硬盘、板上存储等均可以满足要求，但数据向存储设备的传输、读写速率要受较严格的限制，现阶段数据流盘、光纤通道、万兆网卡的传输速率都较固定，基本都大于中短波广播信号的传输要求。所以现阶段存储设备基本可以满足以射频数字化为基础的中短波广播监控系统存储的要求。通过上述针对射频数字化理论要求的分析，可以发现，现阶段构建以射频数字化为基础的中短波广播检测系统具有技术方面的可行性。

    2.现阶段中短波广播监测系统架构

    缩减中短波广播信道干扰和优化频谱的中短波广播监测系统现阶段主要以数据处理中心、直属监测台、远程遥控监测站构成的三层网络为系统构架，其利用直属监测台或数据处理中心向分布于不同地理位置的远程遥控监测站点发布任务，由远程遥控监测站点全天候地自动采集广播相关指标以及声音质量相关数据，并将搜集的数据自动向监测台和数据处理中心传送，由检测台或数据处理中心对采集的数据进行整理、分析并将分析的结果制定成规范化的图表，使广播在播出过程中产生的问题得到及时、全面的发现，相关部门会通过对播出手段的优化，改善广播传输的整体效果，发挥中短波广播监测系统的监测和信息反馈作用。为满足中短波广播监测系统的功能要求，其数据处理征信和直属监测台通常采用B/S结构，针对数据的采集、存储等提供专项的服务器，用户可通过对专项服务器的登录和管理，对广播信号传输情况进行全面、准确的把握。在此系统中服务器和远程监测站之间可以利用网络协议实现有效的通信，而且可利用搭载检测软件对相关设备进行控制，可以发现数据处理中心设备虽然与直属监测台的设备具有较大的共性，但两者的功能却存在较大的差异，前者是将任务利用网络等传输渠道传输到监测点，由监测点完成数据采集工作，而后者更加侧重于对监测点采集数据的整理分析，为中短波广播通信的运行状况判定提供支持，可见现阶段中短波广播监测系统架构已经比较完整，在针对基于射频数字化的中短波广播监测系统架构展开研究的过程中，可以以现阶段中短波广播监测系统架构为基础，对其进行针对性的优化设计。

    3.基于射频数字化的中短波广播监测系统架构

    远程遥控监测站系统、直属台监测系统、数据处理中心构成的三层网络结构是以射频数字化为基础的中短波广播监测系统架构的主要结构形式，但考虑到各系统结构在架构中的功能，要对各部分具体构成进行改动，这要求必须明确各系统结构的功能，例如前者的主要功能是中短波信号射频数字化实施和相关数据缓存、存储、利用网络将数据传输至直属监测台；中间结构的主要功能是存储、整理、还原其接收的来源于远程遥控监测站的射频数字化数据，并对还原的中短波信号进行及时的语音解调、分析频谱等操作；后者的主要功能是分析、整理直属台上报的数据，并制作出能够反映播出情况的报表，由此可见，前2项系统结构是中短波广播监测系统中主要负责监测和数据处理的部分，是系统功能实现的基础。为有效地避免数字化仪直接采样射频信号的过程中遗失大的信号，忽略小的信号，基于射频数字化的中短波广播监测系统架构中的远程监测站要利用接收天线对中短波信号进行接收，并对其射频放大，扩大其移动的范围，利用低通滤波器保证数字化仪接收的信号均为短波信号；然后将对数字化仪采样的数据存入缓存区并利用流盘存储卡将相关数据加入磁盘阵列，以此保证射频数字化数据的不间断存储，使直属台和缓存区之间射频数字化数据实时传输成为可能。存储的数据需要通过运营商网络传输至直属台，然后利用转向服务器对数据进行有效的处理，将其速率由高速转为基带速率，并利用软件对其进行后期处理，客户端获取处理后的基带数据后结合任务表对相关数据进行监测，例如播出质量、频偏测量等，将监测的各项结果正确地输入数据库，使数据库的数据得到适时调整，反映中短波的传输情况，满足中短波广播监测系统的功能要求。

    4.结论

    通过上述分析可以发现，现阶段人们已经认识到基于射频数字化的中短波广播监测系统对研究波段整体短波广播信号的传输规律和提升广播传输质量方面的重要意义，并在实践中尝试结合中短波广播信号射频数字化理论基础和中短波广播监测系统架构，进行基于射频数字化的中短波广播监测系统架构的探索。