淺談DRM數字廣播—端到端系統技術解決方案

舒建國 杜朝云

淺談DRM數字廣播—端到端系統技術解決方案

舒建國 杜朝云

（作者單位：四川省新聞出版廣電局544臺）

本文首先闡述DRM數字廣播國內外發展現狀及其優勢，然后針對國產DRM發端的發射機技術問題進行了簡述，同時對DRM終端產品數字接收機的相關技術進行介紹，最后展望了DRM數字廣播的廣闊前景。

DRM發射機；DRM接收機

1　廣播技術發展概述

隨著寬帶通信網絡與數字多媒體的快速發展，我們的生活變得越來越便利，但也存在眾多挑戰，聽眾對廣播節目的質量也相應的新追求，傳統的中波、短波廣播由于采用模擬調幅調制，信道變化復雜、宜受干擾，致使目前中短波廣播的質量低于聽眾的收聽要求，以致收聽的人群逐漸減少。再一個是受到調頻廣播及數字廣播如DRM、DAB、DMB、數字視頻廣播（DVB）及衛 星數字廣播（DSR）等影響，（它們不僅聲音質量高，而且可以進行多種數據的傳輸，如圖1所示，圖像、文本信息等。并且人們獲取信息的方式也越來越多），傳統調幅廣播（AM）已經受到了越來越嚴峻的挑戰。發展數字調幅廣播DRM是必由之路。在未來幾年內現行模擬聲音廣播必將被數字廣播所替代。

圖1　數字調幅廣播DRM在一個頻段內可傳送4套節目

在世界廣播電視技術迅猛發展的今天，我們可以欣慰地回顧DRM（Digital Radio Mondiale）系統產生演變的歷史。1998年，成立了“世界性數字AM廣播”DRM（Digital Radio Mondiale）組織，2001年DRM系統被歐洲電信標準協會（ETSI）標準化，2002年經國際電工委員會（IEC）通過，DRM系統規范正式生效。2003年6月16日世界DRM組織在日內瓦宣布了DRM的標準。標志著數字AM的開始。在DRM標準生效之前，已有許多數字AM系統方案，如法國Thomcast天波2000系統、德國電信的數字音樂之波DMW（或T2 M系統，DTAG系統）、美國之音和噴氣推進實驗室系統等等，這些方案為DRM標準的提出奠定了基礎。

我國大多主要是模擬調幅廣播，但在DRM數字信息技術的發展方面，也走在了世界發展中國家的前列。部分發射臺已裝備DRM中波發射機或進行過DRM實驗發射。很多發達國家將廣播、電視全數字化的時間表規定為2010年，根據自身經濟發展的實力，我國將關閉最后一部模擬廣播、電視的時間表定為2015年。在2006年4月18日的國務院新聞發布會上，國家廣電總局副局長胡占凡說，我國將于2015年停播所有的模擬廣播電視節目，全部轉為數字化，因而，開發、研制國產的DRM廣播設備已迫在眉睫，有遠見的企業已領先一步，開展了工作。在DRM系統發端的發射機開發方面，哈爾濱廣播器材有限責任公司與中國傳媒大學合作，在DX系列發射機、PDM系列發射機和幅相調制系列發射機DAM的基礎上研發DRM發射機，走出了國內一體化DRM發射機設計研發的第一步，目前已經研制成功國內首批DX系列10kW、25kW 、50kW的DRM發射機和PDM系列的1kW、3kW、DRM發射機，并且已在國內部分中波發射臺投入運行，出口國外的部分中波發射機也配備了DRM功能。

在DRM系統的終端產品數字接收機方面，哈爾濱廣播器材有限責任公司與成都紐斯達公司合作，成功開發了具有世界先進水平的DRM軟件接收機，目前已經推出全國第一款HG-101多媒體數字接收機，解決了國內外對DRM終端產品的急需。

2　DRM發射機原理簡述

現以“哈廣”公司研制成功的DRM發射機為例進行介紹。DRM發射機是基于哈廣DAM中波發射機系列產品基礎之上進行開發的，（所以本文中涉及到DAM發射機常規未改動部分就不做贅述了）這里重點圍繞編碼系統、接口系統、控制系統及監測系統進行簡要介紹。

2.1DRM編碼系統

DRM編碼系統框圖如圖2所示。編碼系統是由復用器模塊，信道編碼模塊，正交頻分復用器模塊（OFDM）三個模塊組成。

圖2　DRM編碼系統結構框圖

（1）源編碼模塊：也稱數據壓縮或碼率壓縮模塊，目的是降低數字信號的數據率，對數字音頻進行有效的壓縮，力求以最小的碼率傳送最大的信息量。

（2）信道編碼模塊∶也稱差錯控制編碼模塊。為保證通信傳輸的可靠性，根據一定的規律，在信源編碼的數據流中，人為加入一定冗余碼元組成抗干擾編碼，即補充差錯保護，從而提高信號的抗干擾和糾錯能力。

（3）正交頻分復用模塊（OFDM）：它是一種多載波調制技術，把數據流分解為N個獨立的子載波比特流，每個子數據流將具有低得多的比特速率，用這樣低比特速率形成的低速率多狀態符號去調制相應的子載波，就構成了多個低速率符號并行發送的傳輸系統，即將頻率上間隔相等的N個子載波信號調制并相加后同時發送，實現多個子信道同時傳輸信息。

2.2傳輸處理系統

音頻輸入接口采用模擬平衡傳輸接口（600Ω）與數字傳輸接口（AES3/ EBU），模擬音頻信號送至音頻處理器，音頻處理器輸出兩路音頻信號，一路送至DRM音頻編碼器接口，實現DSB調制解調。一路送至編碼調制器，供DRM調制使用，數字音頻信號直接送至DRM編碼器，供DRM調制使用。通過開關來選擇模擬發射或數字發射。

DRM編碼系統產生COFDM基帶I/Q信號，通過數字音頻傳輸線送至DRM適配器，將基帶I/Q信號分解為幅度變化分量和相位變化分量，分別送入“數-模轉換（DAC）”電路和數字射頻激勵調制器。送入“數-模轉換（DAC）”的一路信號生成幅度包絡，并進行數字處理，送至調制編碼器進行調制。送入射頻激勵調制器的另一路信號經處理生成相位調制的載波信號，送入射頻放大電路放大。然后由發射機輸出DRM信號。

2.3控制系統

DRM發射機控制系統包括發射機的功能控制和操作控制，功能控制主要由單片機來進行控制，而操作控制是通過觸摸屏對編碼系統（如信源和信道編碼等等）和整機（如開關機，升降功率等等）進行設置。

2.4監測系統

DRM監測系統是對發射機發送的數字信號進行監測。從射頻輸出端取樣回來的發射信號通過監測系統在觸摸屏或顯示屏上顯示各種信息，同時對發射信號進行解碼，通過音箱送出音頻信號。可以根據監測系統來配置發射機的狀態，以達到最合理的配置。

3　DRM接收機的原理簡述

現以“哈廣”公司研制成功的DRM接收機HG-101為例進行介紹。

HG-101 DRM數字廣播接收機由主板、電源鍵盤板組成。主板主要負責調諧、A/D轉換、解調、控制、數字音頻處理等功能，電源鍵盤板主要負責整機供電及鍵盤操作等。

調諧器的濾波器組是將接收到的無線信號分別經各個不同頻段進行接收，以濾除雜波，提高整個接收機的信噪比，增強靈敏度，濾波器選用橢圓函數型濾波器，其在通帶和阻帶內的頻響都呈現等波紋特性，其主要參數為濾波器階數為3通帶內波動為0.25dB、阻帶內衰減為50dB、阻抗為50Ω和插入損耗為6dB。

天線收到的無線信號先經過衰減器達到12-15db，進入高Q值的選頻網絡（ 分 為2.3-5.9M、5-9M、9-16M、16-30M，）加入本振后混頻到450KHz，以提高凈頻干擾，進入4×帶通濾波器，提高鄰頻干擾后，在進行第二次混頻，然后信號經過濾波放大送入外混頻器。混頻器選用PHILIPS的SA612AD芯片，將450kHz模擬信號變換到12kHz中頻上。SA612AD是內部帶振蕩器和電壓參考的雙平衡混頻器，它具有功耗低、集成度高的優點，其振蕩器可被配置為晶體或調諧操作模式，操作靈活。A/D采樣用于將12kHz模擬信號數字化，以供完成DRM信號的解調、信道解碼及解復用任務，最后將結果輸出到D/A轉換器得到音頻信號。

FM調頻信號從天線接收，經過高通濾波器到87-108M后進入2×帶通濾波器。中短波信號通過磁棒接收，經過LC振蕩器進入多波段調諧器處理后，經音頻解碼器（WM8731）、音頻放大電路TDA2822M電路后送入耳機和揚聲器。后端控制部分主要由AU1210控制，對外設備主要包括內存、外存、CMOS集成電路、按鍵控制、SD卡存儲和I2C總線等組成。I2C當SCL為+時，SDA從高電平到低電平時，表示起始；當SCL為-時，SDA從低電平到高電平時，表示停止。一條串行數據線，一條串行時鐘線，負責音頻解碼器WM8731LSEFL與電源管理模塊MAX8662ETM之間的通信。圖3是接收機從接收信號到聲音輸出的簡單流程。

圖3　接收機終端結構原理圖

總體來說HG-101是一個基于軟件的DRM接收機平臺，是和現有的DRM接收機大多采用ADI模塊和RadioScape模塊（基于TI的DSP芯片）不同的是，HG-101采用的是來自Marvell、飛思卡爾和三星這類廠商的應用處理器，利用ARM處理器實現DRM信道、信源解碼和一些控制任務，外接多頻帶單芯片Tuner。我們選用Linux 或Win CE兩種操作系統，軟件和應用移植非常簡單。HG-101平臺構建還包括了一個提供音頻解碼能力的數字音頻處理單元，一個2D 圖形加速器，適用于MPEG2/ DivX/VC-1數字媒體解碼器和大容量存儲器接口，如圖4所示。

圖4　哈廣HG-101平臺框圖

HG-101 是為DRM，FM 和AM 廣播所設計的全新的多功能便攜式數字廣播接收機平臺。這些特性有助于簡化便攜式數字收音機產品的設計過程。集成在內的RCSS?引擎提供了在一個平臺中集成多種數字廣播信息的能力。軟件定義的RCSS?引擎使得在同一平臺上部署多種數字廣播標準成為可能。

4　DRM系統的前景展望

DRM系統是一種地面廣播的靈活的數字聲音廣播系統，滿足在30MHz以下頻段開展各種電磁環境下數字廣播業務的要求。DRM系統采用正交頻分復用（OFDM）多載波調制方式，采用先進的信源信道編碼和調制技術，具有多種傳輸模式，適用于多種信道和帶寬傳輸。可同時傳送多套業務（如圖像，文本信息等），極大的提高了頻譜的利用率。鑒于數字調幅廣播具有音頻質量好、覆蓋范圍廣、支持多媒體業務等許多優點，越來越多的廣播電臺、廣播網絡運營商、廣播產品制造商，開始實施DRM數字調幅廣播發射實驗。在DRM標準正式發布至今，全世界生產DRM發射機的廠家也越來越多，如Thales（泰雷茲）的TMW2010D的DRM中波發射機，Harris（哈里斯）的DAX系列中波DRM發射機等等。全世界以DRM運行的廣播電臺數量已增加到70多個，全天24小時連續播出DRM數字節目的頻率有11個。

DRM是很多國家中短波（30MHz以下）音頻廣播數字化的唯一途徑，但目前DRM市場有一個問題是，現有的DRM接收機都很昂貴，全世界都在等待便宜好用的硬件接收機的誕生。而我們哈廣公司的目標就是與有關科研院所合作，在不久的將來推出低功耗、低成本的多功能的硬件DRM接收機，以推動這個市場的進一步發展”。

5　結語

數字調幅廣播（DRM）系統的推廣應用，必將大力推動我國聲音廣播產業技術升級，以及蓄勢待發的全球性DRM廣播市場，產業化前景十分廣闊。

DRM系統工作在30MHz以下的長、中、短波段，并針對不同波段的信道傳播特性傳輸的多媒體無線廣播系統，除了可以用來傳送聲音廣播節目外，還具有數據、文字、圖像、視頻等附加信息的傳播功能。通過無線電波，在同一部接收機上，不僅可以收聽廣播，而且也可以收看報紙、電視、網絡新聞，且具有MP3、MP4等功能，還可以進行打印、游戲操作等，使人們享受新一代廣播帶，來的無窮樂趣。

[1]DRM官方網站:http://www/drm.org,2004.

[2]李棟.數字聲音廣播[M].北京:北京廣播學院出版社,2001.

[3]DREAM網站:http://drm.sourceforge.net,2005.

[4]Euro Telecommunications Standards Institute(ETSI)DRM 標準 .Digital Radio Mondiale(DRM)System Specification(ETSI) 201980,V1.2.2,2003-04.