數字音頻廣播CDR技術及應用分析

吳 璽 任栩凱

（貴州廣播電視局七六一臺，貴州 貴陽 550002）

0 引言

近年來，受三網融合趨勢影響，傳統廣播業面臨著嚴峻的挑戰，同時也獲得了新的發展機遇。在網絡電視的猛烈沖擊下，廣播逐漸成為弱勢群體，但隨著車載收音機、網絡電臺等新興廣播形式興起，為廣播行業增添了新的助力。在此背景下，CDR作為國內自主研發的標準誕生，可在同一個頻道中實現模數同播或者純數字化播出多套廣播節目，使廣播電視節目質量得到顯著提升。

1 數字音頻廣播CDR技術原理

CDR系統采取COFDM傳輸體制，在該體制內高速數據流串聯與并聯不斷轉換，逐漸分配到多個子信道內，在低速率子信道中傳輸。CDR信道編碼利用編碼率可變的刪除卷積碼，使不同的要求得到滿足。正交頻分中的副載波可在頻譜上相互正交，且彼此間的頻率間隔一致，全部副載波頻率超過基礎振蕩頻率的數倍。復用代表的是COFDM傳輸信息多套節目，且節目之間相互交織，在大量副波中形成頻率塊，在規定時間內對載波集合進行處理。1個COFDM符號中帶有調制過的子載波合成信號，其中各個子載波均可被統一或者單獨調制。通常情況下，解調后的載波可恢復起初信號。但對于其他子載波而言，與解調載波間的頻率差異較大，甚至差出整數個周期，因此積分結果為0。此類載波具有正交特點，在正交性頻域內，各個載波頻譜最高值可與相鄰載波零點重合起來，此舉有助于提高頻帶利用率。但因信道衰落導致突發誤碼被分散到無關子信道內，變成隨機誤碼，由此降低碼間相互干擾。對子信道數量較多的系統，還可利用IDFT法實現等效復基帶信號。但在CDR技術應用中，傅里葉變換應用更加便利。例如在8點變換中IDFT所需乘法頻率為64，但在IFFT中乘法數量只有12[1]。

2 數字音頻廣播CDR新型業務平臺設計

2.1 信道編碼與調制

以往信息傳播的頻譜配置較為固定，如美國創建的HD Radio體系中，對信號帶寬要求為400kHz，對信息傳播的適應力較弱，無法滿足當前信息飛速增長下的傳播需求。這就要求在頻譜配置方面，要求CDR標準內頻譜配置可在100kHz基礎上，以50kHz為中心頻率，并逐漸擴大到800kHz，達到多子帶數模同播的目的。但在CDR系統中，帶寬配置相對更佳靈活，可將更多新技術應用到系統中，使系統功能與帶寬不斷完善。CDR系統的編碼與調制系統功能如圖1。物理層源于上層數據流，輸出射頻信號，由主業務數據、描述數據、系統信息共同構成上層數據流。編碼與調制系統可對上述數據進行信道編碼，以卷積編碼為主。在編碼完成后，對離散導頻信號實時OFDM調制，并將調制后的信號插入信標，形成邏輯幀。通過子幀分配形成信號幀，最終利用基帶射頻轉換后發射出去[2]。

圖1 CDR編碼與調制系統功能圖

在主業務數據與描述數據中采用二進制偽隨機序列進行加擾。利用線性反饋寄存器形成偽隨機序列，并在各個邏輯幀的初始位置，對線性反饋寄存器數值進行重置。擾碼經過輸入位信息序列與偽隨機序列實施模2加法，公式如下。

式中：a（i）代表的是加擾后的位；X（i）代表的是加擾前的位；Ps代表的是線性反饋寄存器。在卷積編碼設計中，約束長度為7的1/4卷積碼，與之相對生成八進制多項式，可表示為133，171，145.133，寄存器初始值均為0。編碼器的輸入位用ai表示，i的取值范圍為1～T-1，可生成一個碼子X0，i，其定義如下。

在業務描述信息方面，各個邏輯幀初始位置可重復線性反饋寄存器。在系統信息方面，各個邏輯子幀初始位置充值線性寄存器。

2.2 平臺設計

該平臺的主要內容在于應用服務、集成播控、交易服務、終端集成等，不同平臺的業務功能如下。內容與應用服務平臺主要用于CDR內容制作，如基礎型、增值型內容等；還帶有基礎與增值型的應用服務；集成播控平臺是將CDR業務統一集成后進行播出，在數據分析和處理方面具有較大優勢，可為前端門戶導航提供數據倉庫，還具有監控、告警與實時控制等功能；交易服務以市場營銷、交易門戶平臺為主，支持產品與服務體驗、品牌推廣等功能；終端集成平臺是將CDR基礎與擴展應用程序結合起來，用戶可在平臺上完成應用程序的下載與更新操作。業務平臺為雙向傳播，平臺終端可分為2種類型，即基礎型與增強型，具體如下。

基礎型以家庭CDR接收機為主，帶有網絡回傳通道，可支持文字、聲音、圖片等廣播類業務接收與展現，擁有存儲與交互能力，不具備終端操作顯示系統。構成模塊為雙tuner、雙向通道接收、解復用、數據廣播、雙向互動等，可在雙向通道CA基礎上傳播信息[3]。

增值型以桌面終端、PDA為主，帶有網絡回傳通道，可對文字、聲音與圖像等廣播類業務進行接收與解析，帶有存儲雙向交互能力，含終端操作顯示系統。構成模塊為ESG、音頻廣播、雙向互動、操作模塊等內容。

2.3 平臺功能

該平臺在原有業務基礎上不斷擴展，使系統功能日益豐富，與新一代用戶需求更加貼合，具體如下。

2.3.1 交互式廣播

CDR頻道帶寬大于3Mbps，在播出關鍵節目時，可利用ESG與專門拓展的數據廣播通道傳遞眾多節目關聯信息。例如展示節目主持人基本信息，便于用戶在終端中獲取信息，用戶還可結合自身喜好接收不同類型的節目，由此獲得全新的業務體驗，實現人與終端之間的完美交互；CDR技術特色為5.1環繞音頻。在播放音樂節目時可使觀眾產生身臨其境之感，由此吸引聽眾。CDR誕生可將廣播與汽車企業聯系起來，生產出車載CDR終端，借助5.1環繞音頻增強交互式體驗，廣播還可利用汽車銷量增加CDR受眾量，不斷提高CDR廣播節目的影響力。

2.3.2 交通導航

當前城市交通日益發達，人們出行與出游頻率增加，交通導航不但可為人們外出帶來很多便利，還可及時將最新信息傳遞給用戶。CDR系統可提供優質的寬帶數據通道，運營商可借助這一通道開展與交通導航相關的活動，從中獲得收益。在CDR組網期間還可設置標準網絡與發射機標識，便于用戶精準定位；也可在導航內將當地餐飲、娛樂等場所信息展示出來，為人們出行與休閑提供更多參考。

2.3.3 漫游收聽

以往模擬廣播傳播范圍狹窄，一般只能對特定區域進行覆蓋，無法實現跨地區傳播。在CDR系統誕生后，可組建單頻網，使傳播范圍進一步擴大，使跨區跨省傳播成為可能，由此實現漫游收聽的目標。與傳統模擬廣播相比，CDR系統的傳播能力更強，如高速移動接收，在移動載體中仍可收聽到優質廣播，使高鐵、動車等快速交通工具中的收聽問題得到妥善解決[4]。

3 數字音頻廣播CDR業務平臺的應用測試

3.1 項目概述

以某省CDR數字音頻廣播系統為例，該省份共計創建13個骨干高山發射臺，可承擔中央廣播節目無線數字化任務，通過模數同播的方式播出4套廣播節目，包括模擬調頻廣播FM一套，數字廣播三套。CDR系統采用頻譜模式，數字帶寬設置為100kHz、傳輸模式為Ⅰ，調制方式為OFDM，編碼方式為LDPC3/4，數字廣播與模擬廣播信號功率比值為-14dB。CDR發射設備支持數模同播要求，激勵器可對前端復用器傳輸的TS進行信道編碼，并與模擬調頻廣播一同發射，確保調頻廣播功率固定不變，數字功率可結合技術要求對數字與模擬信號的功率比進行調整。

3.2 技術方案

3.2.1 系統架構

臺站采用總局統一配置的數字廣播衛星接收解碼器，對中星6B與亞太6號衛星傳輸的節目復用流進行接收，節目流透傳遞ASI-1輸出到發射機激勵器中，通過數字信號接口發射出去，模擬廣播信號也可利用衛星接收器解碼后，經過模擬音頻端口直接傳遞到激勵器中，由模擬左右聲道輸入。利用中星6B垂直C波段信號進行信號設置，主要參數如下。本振頻率5150Hz、下行頻率為4175Hz、符號率為27500Bd/s，選用DVB-S，極化方式垂直。采用亞太6C垂直Ku波段信號，將參數設定為：本振頻率11300Hz、下行頻率12265Hz、符號率為18000Bd/s、選用DVB-S，極化方式為垂直。在CDR測試平臺搭建方面，發射機選用模數同播模式，數字與模擬廣播的發射功率值可靈活調整，結合測試需求將模數功率比調整到合理值。該系統利用LDPC3/4編碼方式、QPSK調制方式。測試設備含有CDR接收機、車載吸頂天線以及頻譜分析儀等，測試系統結構如圖2所示[5]。

圖2 測試系統結構圖

3.2.2 具體操作

設備外部連接方面，輸入接口采用RF-IN衛星信號，輸出接口采用ASI-OUT1口，通過控制網口的方式對筆記本參數進行配置。CDR衛生接收設備通過網頁網關的形式對相關參數進行修正與操作，具體如下。首先，登陸網管液面，將本機IP調整成與設備網管相同的網段，將設備出廠默認IP地址調整為192.168.1.100，根據實際情況還可使用其他地址，如果設備前面板按鍵可在其他地址中找到系統設置，可控制網口，對網管地址參數進行明確；然后，將計算機IP調整為192.168.1.x，值得強調的是，x值不可為1，將輸入設備IP地址輸入網頁地址欄內，便可進入網管界面。最后，對關鍵參數進行配置，在輸入設置方面，采用中星6B信號進行參數設置，即本振頻率為5150Hz、下行頻率為4175Hz、符號率設定為18000Bd/s、選用DVB-S，采用垂直型極化方式。在輸出設置方面，將中科融入激勵器內，可對CDR輸出TS流進行直接識別，再將ASI輸入源設定為DVB-S；在輸出模式方面，采用透傳模式。模擬調頻廣播內的音頻信號可直接從綜合接收解碼器中采集。在解碼設置中，選擇DVB-S/S2節目源，選出最佳節目模式。

3.2.3 測試標準

本次系統測試主要檢測當地7個區的廣播信號覆蓋情況，為使測試結果客觀公正，將評價標準分為2種，一種為客觀評價，另一種為主觀評價。前者重點檢測覆蓋范圍較大的廣播，發射機場強對廣播收聽質量具有直接影響。場強代表的是特定長度的天線在空中某處感應到電信號的數值。與調頻廣播覆蓋網技術規程相對比，并結合實際接收情況，可將測試儀的接收場分成不同檔位，具體如下。深藍等級的場強為80dB～150dB，評價標準為“質量十分好，非常滿意”；淡藍等級的場強范圍為70dB～80dB，評價標準為“質量好，較為滿意”；深綠等級的場強范圍為60dB～70dB，評價標準為“質量良好，基本能接受”；淡綠等級的場強范圍為50dB～60dB，評價標準為“質量一般，勉強能用”；橙色等級的場強范圍為42 dB～50 dB，評價標準為“質量差，無法忍受”；紅色等級的場強低于42 dB，評價標準為“噪聲，無法辨別”。

在主觀評價方面，根據廣播聲音質量評價標準，可引導評價者根據自身主觀感受，采用專用詞匯將自己聽后感覺清楚表達出來，并通過數字量化后得出最終結論。一般情況下，針對節目的明亮度、清晰度、豐滿度以及總體音質等進行評判，并采取5級計分制，評價標準如下。一級分值為5分，評價標準為“質量十分好，非常滿意”；二級分值為4分，評價標準為“質量好，較為滿意”；三級分值為3分，評價標準為“質量良好，基本能接受”；四級分值為2分，評價標準為“質量一般，勉強能用”；五級分值為1分，評價標準為“質量差，無法忍受”。

3.3 測試結果

根據現場測試情況可知，A區、B區與C區的場強值相對較高，處于優秀水平，說明廣播信號的覆蓋效果良好；C區與D區的場強值處于良好水平，覆蓋質量好，較為滿意；D區和E區的場強值勉強合格，基本能夠接受；F區和G區的覆蓋效果不理想，場強值相對較低，信號傳播質量較差，如表1所示。

表1 CDR覆蓋場強評價結果

根據主觀評價結果可知，音樂廣播FM9.5在當地A區、B區與C區的覆蓋效果良好，車載聽眾的主觀評價超過4.5分，場強值超過60dB，不存在覆蓋盲區。在D區和E區的覆蓋效果相對較低，車載聽眾的主觀評分在3.5～4.5分，場強值位于42dB～60dB。在F區和G區的收聽信號較弱，存在較大的背景噪聲，車載主觀評分低于3分，場強不超過42dB，究其原因，主要是F和G區為D區下轄鄉鎮，且有河流經過影響信號強度，因此主觀評分較低，定點聽眾的主觀評價如下表2所示。

表2 定點聽眾主觀評價

4 結論

綜上所述，在網絡時代下，雖然音頻廣播并非用戶獲取信息的首選渠道，但與其他主流媒體相比來看，仍然具有獨特的魅力與價值，并積極憑借著數字化技術的“東風”迎來發展的“春天”。在實際應用中，CDR技術可在不影響原本頻率的同時，引導模擬廣播朝著數字化方向轉型，為整個廣播行業升級提供極大助力。同時，該項技術作為我國自主研發的技術之一，技術人員應牢牢把握技術發展的機遇，結合實際需求做好信道編碼與調制、平臺設計等工作，通過不斷創新技術推動廣播事業的可持續發展。