數(shù)字調幅廣播技術

賈文光

摘要：數(shù)字調幅廣播（DRM）系統(tǒng)提供了一個數(shù)字的多業(yè)務廣播平臺，既可以傳輸高質量的音頻節(jié)目，又可以傳輸各類數(shù)據(jù)業(yè)務、文字與圖片。對于中國這樣地域遼闊、擁有大量調幅廣播電臺的發(fā)展中國家來說，數(shù)字廣播產業(yè)有廣泛的市場前景。掌握并研發(fā)擁有自主知識產權的DRM關鍵技術，對于推動我國乃至世界調幅廣播數(shù)字化改造工作，帶動產業(yè)升級，創(chuàng)造廣播事業(yè)新的發(fā)展空間以及對民族工業(yè)的發(fā)展都具有重要的意義。

關鍵詞：調幅；DRM技術：接收機

中圖分類號：G22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-4437（2013）03-0105-02

調幅（AM Amplitude Modulation））是通過調制信號對射頻載波信號的瞬時幅度控制來實現(xiàn)的一種調制方式。長波、中波和短波廣播都是采用調幅方式。統(tǒng)稱為調幅廣播，其工作頻段為150kHz-30MHz，因此也稱為30Mm以下的廣播方式。傳統(tǒng)的模擬調幅廣播具有覆蓋范圍廣、接收成本低、適合固定和移動接收等優(yōu)點，一直被世界各國作為最基本的、大范圍覆蓋的信息傳播技術手段之一。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)在全世界范圍內大約有數(shù)千座長、中、短波廣播發(fā)射臺，20億部調幅收音機，6億部短波收音機。但是，模擬調幅廣播也存在著傳輸質量差、業(yè)務單一、易被干擾等缺點，隨著調頻波段廣播節(jié)目和電視的普及，以及數(shù)字衛(wèi)星廣播、互聯(lián)網、DAB和DMB多媒體廣播等現(xiàn)代廣播技術的出現(xiàn)，模擬調幅廣播業(yè)務受到巨大的沖擊，甚至面臨消亡的命運。廣播電視數(shù)字化、網絡化、信息化的發(fā)展趨勢。使調幅廣播的數(shù)字化顯得尤為迫切。過去數(shù)十年來，歐美發(fā)達國家十分重視調幅波段廣播的數(shù)字化。做了大量的基礎研究和實驗研究，提出了多種調幅廣播的數(shù)字化方案。廣播領域的數(shù)字化浪潮，帶動了整個廣播業(yè)的迅猛發(fā)展。數(shù)字音頻廣播（DAB）、數(shù)字多媒體廣播（DMB）、數(shù)據(jù)廣播（DDB）和數(shù)字調幅廣播（DRM）等第三代廣播的出現(xiàn)，使廣播又煥發(fā)出新的活力。DRM作為目前相對成熟的中短波數(shù)字化技術，得到了國際上的普遍認可，被國際電聯(lián)廣播業(yè)務組ITU-R確定為全球短波波段數(shù)字聲音廣播的唯一制式，并已經完成和公布了技術標準DRM，許多國家開展了試驗和試播工作。

由于數(shù)字處理技術應用于調幅廣播具有許多優(yōu)點，越來越多的廣播電臺、廣播網絡運營商、廣播產品制造商，啟動了自己的DRM實施計劃。目前，全球已有50多個廣播電臺每天、每周或定期播出DRM制式的節(jié)目，DRM的使用正在全球快速增長。

一、發(fā)射設備

DRM技術優(yōu)勢

DRM系統(tǒng)，屬于新一代的廣播系統(tǒng)，這種新的傳輸系統(tǒng)除了信號覆蓋面廣的優(yōu)勢，DRM還著力增強抵抗自然和人工干擾源的各種因素，破除傳統(tǒng)廣播的技術瓶頸，實現(xiàn)了DRM標準中的音頻廣播目標。在保持帶寬的情況下，利用音頻數(shù)據(jù)率壓縮技術和DSP技術，增強抗干擾能力，消除短波衰落，在經過遠距離的傳輸后，DRM接收機的聲音質量仍可以與本地模擬調頻廣播相媲美。如果帶寬加倍，甚至可以實現(xiàn)CD音質效果。此外，還采用了實時背景掃描技術，在完全不影響當前接收的DRM信號的同時，對全頻段的DRM發(fā)送信號進行搜索，并將可用于接收的DRM頻率及其信號的優(yōu)劣程度進行列表，從而實現(xiàn)信號接收的無縫轉接。

且系統(tǒng)需要的發(fā)射功率很小，有利于節(jié)約能源、減小電磁污染和改善環(huán)境保護。DRM是用來取代目前中、短波模擬調幅廣播技術的，模擬調幅廣播系統(tǒng)使用的頻段是150kHz-300MHz，現(xiàn)在最新的DRM廣播頻率已達到120MHz，涵蓋了調頻廣播的頻率段，在功能上DRM將傳輸單一的音頻信息擴展為傳送音頻節(jié)目的同時傳送附帶的文本信息及多種數(shù)據(jù)業(yè)務。

二、DRM關鍵技術

1.系統(tǒng)的基本結構

基于DRM標準研制的DRM系統(tǒng)主要由四個模塊組成：源編碼模塊、復用模塊、信道編碼模塊和OFDM（正交頻分復用）模塊，其結構框圖所示。

2.DRM在模擬發(fā)射機數(shù)字化改造中的關鍵技術

DRM系統(tǒng)中，在信源編碼部分采用了最先進的HE-AAC音頻壓縮編碼技術，該技術與參量立體聲編碼技術相結合。可以在32kbps的低比特率條件下傳輸接近FM質量的立體聲信號；另外還有專門針對語音編碼的MPEG-4 CELP編碼技術以及甚低碼率的MPEG-4HVXC語音編碼技術，可以實現(xiàn)多語言廣播（如新聞）節(jié)目的傳輸。同時，DRM幀結構還保證了業(yè)務配置的靈活性，可以在傳輸聲音廣播節(jié)目的同時，傳輸與之相關或立的數(shù)據(jù)信息業(yè)務，如字幕、遠程教學、天氣預報等。在FAC和SDC通道中，還包括了接收機同步信息、電臺呼號、頻率信息、時間日期等常用信息，這些信息都可以在接收機端方便地顯示出來。

在信道編碼部分，DRM采用了刪除卷積編碼技術以及多級編碼技術（MLC）進行誤碼保護，同時還針對傳輸信息的重要性不同，提供不同的保護等級和不同的卷積編碼率組合，以適應不同的信道傳輸特性。為進一步增強誤碼保護能力，該系統(tǒng)還采用了能量擴散和交織技術。在信號調制上，針對抗調幅廣播信道的多徑傳輸、頻率選擇性衰落、多普勒頻率漂移等惡劣條件的影響，DRM系統(tǒng)采用了COFDM（編碼正交頻分復用）技術和等級調制技術。同時，針對中、短波等不同的信道傳輸特性，DRM定義了四中不同的傳輸模式；在位調制方面還提供了64QAM或16QAM，以及16QAM或4QAM等不同的調制方式。為便于接收機接收信號，在DRM傳輸幀結構中還包含大量的導頻及參考信號。DRM系統(tǒng)還支持自動的替代頻率切換（心）功能，允許接收機在不被用戶察覺的條件下。自動選擇接收質量最好的相同業(yè)務內容的廣播頻點，以保證接收。

三、接收設備

在DRM系統(tǒng)中，聽眾需要購買新的接收機才能收聽DRM廣播。國際上，DRM接收機的研制基本可以分為三個階段：

第一階段，是用于功能驗證及系統(tǒng)測試目的的接收機原型功能樣機的研制。比較有代表性的有：

1.德國弗朗霍夫集成電路研究所開發(fā)的軟件接收機（Software Radio）；

2.德國達姆施達特大學開發(fā)的Dream軟件接收機；

3.中國廣播科學研究院于2003年研制的DRM接收機功能樣機DigitAM；

4.法國Thales公司的TSW1002D數(shù)字參考接收機。

第二階段，基本上是在原型樣機的基礎上開發(fā)的基于數(shù)字信號處理+現(xiàn)場可編程門陣列（DSP+FPGA）形式的一體化接收機，比較有代表性的有：

1.Coding Technologies、BBC和德國AFG合作開發(fā)的DRM接收機，該接收機采用HF接收機模塊和承擔解調以及信道和信源解碼任務的DSP模塊組成；

2.Mayah、Coding Technologies、Himalaya和AFG聯(lián)合開發(fā)的DRM2010，該接收機中采用了部分符合DRM標準的最新技術，并采用專門為此而開發(fā)的DSP模塊來實現(xiàn)DRM功能；

3.Coding Technologies與合作伙伴開發(fā)的世界上第一個通用串行總線（USB）DRM接收機——數(shù)字世界旅行者（Digital World Traveler）。

目前，DRM接收機的研制正處于第三個階段，即第一代專用接收機芯片，以及基于專用芯片的接收機的研制。

DRM數(shù)字調幅廣播具有音頻質量好、支持多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務、覆蓋范圍廣、發(fā)射功率低和數(shù)字化改造成本低等諸多優(yōu)點，數(shù)字化改造之后，不僅減少了廣播電臺的運行費用，也改善了電磁環(huán)境。因此，采用DRM系統(tǒng)替代傳統(tǒng)模擬調幅廣播系統(tǒng)是調幅廣播未來的必由之路，對發(fā)展我國的廣播事業(yè)和推動國民經濟建設也具有重要意義。