模擬調(diào)幅發(fā)射機的DRM改造

文丨程 英

（福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心103臺，福建福州 350011）

1 模擬調(diào)幅數(shù)字化改造的必要性

AM廣播作為第一代廣播技術，一直被世界各國作為主要的信息傳播的技術手段之一。AM廣播由盛至衰的重要原因是其技術模式已不適應現(xiàn)代條件下人們對廣播服務的需求。AM廣播的數(shù)字化，可以使聲音質(zhì)量得到明顯的改善，從而吸引更多聽眾。此外，數(shù)字化后，可以通過傳輸附加數(shù)據(jù)，例如電臺名稱和替換頻率，可使接收機的操作變得簡單容易。從頻率資源的利用來看，30MHz以下的廣播波段有其特有的性能，他能實現(xiàn)遠距離和大范圍的覆蓋。是實現(xiàn)地區(qū)性、全國性及國際性廣播覆蓋的最好手段之一，而且它的良好的快速移動接收特性是其它數(shù)字傳播媒體所不能相比的。

2 模擬調(diào)幅發(fā)射機DRM改造數(shù)學原理

DRM是基于現(xiàn)有中短波數(shù)字廣播的系統(tǒng)規(guī)范標準，在單頻道9KHZ(10KHZ)或者雙頻道18KHZ（20KHZ）的現(xiàn)有中短波廣播帶寬內(nèi)實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。我們對PDM發(fā)射機的改造是由PC組成的發(fā)端平臺產(chǎn)生DRM基帶信號，然后經(jīng)過對DRM基帶信號分離的幅度和相位信息進行第二次調(diào)制。DRM基帶符號可表示為：

(l+Nsm)Ts≤t≤(l+Nsm+1)Ts

其中k表示載波編號，l表示OFDM符號編號，m表示傳輸貞編號，K表示發(fā)射的載波總數(shù)，Ts表示符號周期，Tu表示載波間隔的倒數(shù)，Tg表示保護間隔持續(xù)期，fc表示射頻信號的基準頻率，Cm,l,k表示第m貞中第l個數(shù)據(jù)符號分配在第k個載波上的復數(shù)符號。對上述基帶信號進行的再次調(diào)制，發(fā)射的DRM調(diào)制符號可表示為：

上式也可以表示為：

上面兩個式子是等同的。我們利用傳統(tǒng)發(fā)射機調(diào)制大功率DRM信號時，須將S(t)信號分為包絡分量At和高頻調(diào)相分量，cos(ωct+φt)將At分量送到發(fā)射機音頻支路進行線性放大，將cos(ωct+φt)分量送到發(fā)射機高頻支路，利用C、D類放大管進行無失真放大，然后將大功率At的和cos(ωct+φt)送到發(fā)射機的混頻管中混頻，得到大功率的信號，實現(xiàn)DRM信號的放大調(diào)制。此方式既可以充分利用傳統(tǒng)發(fā)射機的現(xiàn)有電路設備，同時也實現(xiàn)了高效的放大調(diào)制，節(jié)約電力。我們對傳統(tǒng)發(fā)射機的改造就是基于這種思路的。

3 PDM機的DRM改造

3.1 PDM 機改造的基本原理

中波模擬發(fā)射機采用幅度調(diào)制方式發(fā)射，而DRM的數(shù)字基帶信號必須經(jīng)過變換，進行幅相分離才能在現(xiàn)有發(fā)射機上進行傳輸發(fā)射，對于國內(nèi)大量的PDM和DAM（數(shù)字式）調(diào)制方式的中波發(fā)射機，其末級功率放大采用橋式丁類非線性放大，要保持這樣的高效率放大調(diào)制形式，減少對發(fā)射機的改動，必須首先分離出DRM基帶信號的幅度和相位信息，幅度信息經(jīng)低頻通路處理，相位信息經(jīng)高頻通路，最后在末級進行混頻放大形成幅相包絡波。

3.2 PC發(fā)端平臺

PC發(fā)端平臺是基于DRM規(guī)范標準，WINDOWS2000操作系統(tǒng)軟件平臺支持下的通用PC組成的應用系統(tǒng)。內(nèi)嵌各功能模塊的軟件代碼，分為編碼復用模塊、信道編碼模塊和OFDM生成模塊，輸出DRM基帶信號。

發(fā)端平臺的系統(tǒng)結構如圖2所示。

3.3 接口適配卡

圖1 為PDM發(fā)射機改造成DRM發(fā)射機的簡單流程

圖2 PC發(fā)端平臺框圖

發(fā)射機接口適配卡是DRM發(fā)端平臺與發(fā)射機間完成信號轉(zhuǎn)換和電路匹配的接口電路，可適用于與不同調(diào)幅制式發(fā)射機的配接。

3.4 對PDM3KW機發(fā)射機端的改造

本次對一部上海明珠廣播電視科技有限公司產(chǎn)TS－03C的PDM調(diào)幅發(fā)射機進行DRM改造實驗，頻率為1008KHZ，功率3KW。本頻率為實驗頻率，試驗的目的是為了驗證DRM改造后的實驗機在滿足壓制條件下的播出效果。（1）PDM低通解調(diào)器的帶寬應該至少擴展到調(diào)幅音頻帶寬5KHZ的7到8倍約35KHZ以上，才能形成良好的包絡形狀和肩距。在實際測試中TS-03C發(fā)射機的PDM解調(diào)中的低通濾波器上限頻率均能達到40KHZ的要求，因此，不用對其進行通帶擴展。（2）將原發(fā)射機的高頻激勵器換成直接數(shù)字頻率合成器（DDS）。DDS接收I／Q數(shù)字信號，產(chǎn)生等幅調(diào)相的高頻載波信號，這一信號經(jīng)中間放大器發(fā)大后，經(jīng)過功率放大器均分給4個調(diào)制功放盒，對與這一信號，要求電壓應在5VP-P,輸出阻抗為75Ω。（3）將原有的調(diào)制推動器改成能接收I／Q數(shù)字信號的PDM形成電路。PDM形成電路讀取I／Q數(shù)字信號后進行幅度運算轉(zhuǎn)換，將此幅度信號與72KHZ的三角波信號進行比較，形成PDM脈寬信號后，輸出至調(diào)制功放盒，直接驅(qū)動末級功放模塊，進行調(diào)制放大。對于本單元電路輸出脈沖幅度要求13V。在本次試驗中，我們采用了中國傳媒大學提供的D/A轉(zhuǎn)換及PDM形成電路小盒替代原有的調(diào)制推動小盒，很好的滿足了試驗的要求。（4）對于包絡信號和載波信號的末級調(diào)制同步問題，由接口適配卡提供一個FIFO存儲器來對其中一路信號進行延時，而延時量由PC發(fā)端平臺提供一個控制信號來控制，可由PC端軟件界面輸入延時量來調(diào)整。

4 發(fā)射機DRM改造后進行外場測試

4.1 測試數(shù)據(jù)

我們在福州地區(qū)市區(qū)中心范圍和近郊四個方向開展外場測試試驗，在對抗干擾條件下進行同機同頻率（頻率1008KHZ 3KW的PDM發(fā)射機）模擬調(diào)幅播出和DRM數(shù)字播出。以下是測試的部分數(shù)據(jù)。

4.2 收測的結果分析

（1）DRM發(fā)射功率僅需要模擬發(fā)射功率的三分之一就能達到原來模擬發(fā)射的覆蓋范圍，且數(shù)字接收解碼音質(zhì)清晰流暢。（2）在本地場強覆蓋范圍內(nèi)，遠地開機下用模擬接收機收聽本頻道內(nèi)近似“白噪聲”，也就是DRM發(fā)射功率僅用了原模擬實驗發(fā)射功率的五分之一,即0.6KW已能有效壓制。（3）對AM信號造成影響的高山、大的鋼筋混凝土建筑物，對DRM信號依舊產(chǎn)生同樣影響，如何作改善還需作進一步的探索。

表1 數(shù)模播出接收效果測試

4.3 結論

（1）現(xiàn)有的傳統(tǒng)高效率的調(diào)幅發(fā)射機可以通過數(shù)字化改造，以較小的成本實現(xiàn)DRM廣播的播出。（2）在保持相同覆蓋的情況下，由于數(shù)字傳輸本身具有的特性，DRM發(fā)射機比模擬AM發(fā)射機的功率可降低到1／2～1／4以上，即降低6～8DB。（3）DRM廣播能夠顯著提高AM波段聲音廣播的質(zhì)量，在保持現(xiàn)有帶寬9kHz或10kHz的情況下，利用音頻數(shù)據(jù)壓縮技術和DSP(數(shù)字處理)技術，可達到調(diào)頻FM廣播的質(zhì)量，如果帶寬加倍，可達到CD質(zhì)量水平。

5 結束語

DRM技術作為AM廣播數(shù)字化改造的載體，可以克服現(xiàn)有模擬AM廣播傳輸信號不穩(wěn)定、聲音質(zhì)量差和抗干擾能力弱等弱點，可以令傳統(tǒng)AM廣播的內(nèi)涵與特點得到充分的擴展，具備應對其它領域挑戰(zhàn)的能力。本文通過介紹利用自身條件，對現(xiàn)有PDM～3kW中波發(fā)射機進行改造，發(fā)射出DRM信號，進行DRM廣播的試驗情況，希望能對相類似情況中波發(fā)射臺利用自身條件實行DRM試驗和探索起到拋磚引玉的作用。希望隨著對DRM 廣播試驗的深入開展，在不斷的探索改進中,DRM 技術將日臻完善和發(fā)展。

[1] 李棟. 數(shù)字聲音廣播. 北京廣播學院出版社，2001（3）.

[2] 上海明珠廣播科技有限公司. TS-03C 3KW全固態(tài)PDM中波廣播發(fā)射機技術說明書，2005（1）.

[3] 張丕灶，等. 全固態(tài)脈寬調(diào)制中波發(fā)射機. 廈門大學出版社，2005（9）.