中國數字音頻廣播系統 結構及信號編碼技術探析

趙紅丁

摘 要 由于傳統的廣播技術已不能滿足人們獲取信息的多樣性，而我國在此方面的技術發展滯后于發達國家，習近平總書記指出“核心技術受制于人是最大的隱患”。只有掌握核心技術，具有自主知識產權，才能促進我國廣播事業安全發展。因此中國數字音頻廣播（China Digital Radio）以下簡稱（CDR）應運而生。文章簡要介紹CDR系統結構及其特點和DRA+信源編碼、信道編碼（LDPC）。重點分析CDR核心部分正交頻分復用技術（OFDM）。

關鍵詞 結構；特點；編碼；復用

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-0360（2018）09-0035-02

1 CDR系統結構及其特點

CDR系統采用具有自主知識產權的GD/J058-2014《調頻頻段數字音頻廣播音頻信源編碼技術規范》（簡稱DRA+）、GY/T 268.1—2013《調頻頻段數字音頻廣播 第1 部分：數字廣播信道幀結構、信道編碼和調制》、GY/T 268.2—2013《調頻頻段數字音頻廣播 第2部分：復用》標準。圖1為CDR系統結構圖。

CDR系統由音頻和數據輸入系統、DRA+信源編碼系統、復用系統、信道編碼調制系統、發射系統組成。輸入信號先進行DRA+編碼，形成的數據流經過復用后進行信道編碼，再提供給發射系統。由于CDR使用了高效的DRA+信源壓縮編碼、多子波復用、分層調制、多頻道頻率分集和高效編碼率可以實現多重數據錯誤的識別和更正的信道編程并處于技術的尖端領域，可在低碼率下達到較好的音質，高速移動狀態下接收不受影響，在相同的覆蓋范圍下，所需的發射功率大為降低。CDR還具有靈活的頻譜模式，可以實現數模同播，滿足高數據率業務的傳輸需要，可根據實際應用在發射機激勵器側進行純數字播出或者數模同播、單一模擬播出、立體聲播出、單聲道播出、多聲道播出等配置。第三是能高效利用頻譜資源，有很好的兼容性，能把最新技術應用到系統中。

2 CDR系統信號編碼

信號編碼分為信源編碼和信道編碼。信源編碼要求在低碼率下保證聲音質量，為信道編碼中的分層調制和LDPC糾錯編碼提供粗分層的編碼碼流。因此對音頻信源編碼的壓縮效率要求很高，編碼碼率越大，音頻質量越高，可支持多聲道，但占用帶寬增加，可傳輸節目套數減少。DRA+信源編碼是一種高效的音頻壓縮編碼，通過在附加數據部分采用頻帶復制、參數立體聲和分層模塊等編碼技術，使信源編碼可支持的比特率范圍向更低比特率延伸，其輸出碼率范圍為16kb/s到384kb/s，由于是分層編碼，在保證聲音質量的前提下提高了覆蓋范圍，實現了低碼率音頻源編碼，在碼率充足時還能提供更高的立體聲音質和多聲道環繞聲。

信道編碼采用LDPC編碼，約束長度7，碼字長度為9216比特，準循環結構256×256，支持多頻點工作，改善了信道傳輸性能。CDR有三種傳輸模式，分別是大面積組網覆蓋、高速移動接收和高數據傳輸。根據不同的傳輸模式選用QPSK、16QAM、64QAM調制，信道編碼碼率可選擇1/4、1/3、1/2、3/4。編碼碼率越大系統傳輸數據率大，音質也好，但傳輸可靠性降低。LDPC編碼可實現系統復雜度較低的糾錯編碼，使發射機功率比其他采用卷積碼的數字編碼技術降低一半，并支持數字音頻和數據業務

形式。

3 CDR系統信號復用

CDR系統信號復用采用正交頻分復用技術（OFDM）。復用的功能是將音頻、數據、控制信息進行編碼、調制，使其能在信道上傳送。OFDM屬于多載波調制，它將調制信號經過串/并轉換后分成多個子載波，再對多個在頻率上等間隔分布且相互正交的子載波進行相應載波數次的離散傅里葉變換（IFFT），所得的數據經過并/串變換和D/A轉換得到OFDM信號，實現頻分復用。接收端解調時同樣可以利用（FFT）進行解調。圖2為OFDM原理圖。

影響無線電波傳輸的因素有以下兩種，分別是：城市中的建筑物和自然地理條件的限制。通過其傳播原理可知，信號源通過接收的信直射波傳播能達到最好的效果，但是，由于現實條件的現實，在傳播過程中也有反射波出現。因為上述因素，會影響其傳播效果從而延時或其信號受損，最終導致一些錯誤的出現。OFDM能夠通過將數據分成更多的小組進行傳輸，那么久不會占用太多的頻率，從而保證了傳播的效果。但是，如果出現其周期遠遠超出預期控制的數值，那么將會減少反射波對符號間的干擾。噪聲干擾是影響數字傳播的最大因素，碼間干擾也是因素之一，雖然他們的原理不同，但是都會形成一種對傳播碼的干擾，而影響傳播效果。OFDM的出現對此問題的解決帶來了一定的便利，通過提高抗干擾能力來保證傳播效果。

OFDM的實現原理是：通過IFFT變換，而對數字信號進行處理，從而保證了子載波互相正交，實現了每個子載波上都有信號頻譜進行疊加。這個方法是通過隨機選取兩個載波，都能保證其相乘為0，即上文中所提到的正交，來實現接收端可以在相互疊加的信號頻譜正確的識別出每個信號的分量。正交得以成立，是不同的載波之間間隔的最低數值，正好是此符號周期倒數的倍數（倍數為整數）。為了確保此效果的實現，在實際操作中，通過選擇最低的載波間隔，并使其成為符號周期的倒數。如圖3所示。

即使在不同的載波上，出現頻譜的位置是重疊的，但是不同的子載波都是在其他元素的0點的方位，彼此之間很少能產生影響。每個信號都有其子載波組幀，可實現CDR系統頻譜靈活選擇。表1為各種模式下的頻率塊位置。

如表1所示，DA為A類，其子帶標稱的頻率可以達到如下數值：（100i+50）kHz，i=0，1。

DB表示B類，子帶標稱頻率可以達到如下數值：（100i）kHz，i=0，1，2。

表中出現零，則可以理解為這個頻率塊位于頻帶沒有被使用。頻率塊-1與1之間指的是其中一個廣播節目核心頻率，其中的頻率塊帶寬一般數值是50 kHz，U可以表示一一對應到信號中某個子帶的上半子帶，下半子帶用（L）表示。標有“模擬”和“數字”的表示模擬廣播使用和數字廣播使用。從表可視，其中有六類不同的頻譜模式，分別為l，2，9，10，22，23。剩下的模式則均為保留模式。其中頻譜模式中的數值1、2代表的是純數字的狀態，而9、10則代表的是可以實現立體聲同播，22與23支持數模單聲道同播。

4 結束語

CDR是我國廣播數字化的發展方向。數字壓縮和編碼調制技術的應用使頻譜資源得到最大利用，為提供更多的服務創造條件。采用數模同播，可以直接實現數字調頻廣播的升級覆蓋，其對其它播出的頻道沒有任何干擾。因此，CDR是適合目前我國國情的技術。