青島地區調頻數字廣播CDR數據傳輸業務的試點建設

劉勇 楊洪波 高峰 余志偉

摘?要：數字音頻廣播技術是繼調幅（AM）、調頻（FM）廣播后的第三代廣播技術，是廣播發射技術未來發展的方向。本文簡述了CDR的技術發展歷程、CDR使用的一些關鍵技術和特點，最后介紹了青島地區CDR數據傳輸試點的技術方案和場強收測數據，對CDR場強效果和音質進行了驗證評價。數字音頻廣播在現有的模擬調頻頻段復用數字信息，可以單向傳輸多種增值業務，例如高精度定位、EPG（Electronic Program Guide，電子節目指南）、應急廣播信息等等，發展前景廣闊。

關鍵詞：CDR;數據傳輸

1 數字音頻廣播技術的發展

影響力較大的數字音頻廣播（digital audio broadcasting，DAB）技術 1980 年源于德國廣播技術研究所，在歐洲和北美使用廣泛。數字調幅廣播（digital radio mondiale，DRM）技術 1996 年源于法國。2004 年 DAB 向數字多媒體廣播（digital multimedia broadcasting，DMB）技術發展，提供高速移動環境下接收文字、圖片、音視頻等數據業務。

中國數字調頻廣播 （China digital radio，CDR） 是國家廣電總局主持研發的，具有中國自主知識產權的移動多媒體廣播技術。CDR 技術在 FM 原有頻段上同時傳播數字信號，并將數字信號和模擬信號同頻混疊，不占用額外帶寬，有利于模擬廣播向數字廣播的平滑過渡。

2 數字音頻廣播的優缺點

數字音頻廣播是從傳統模擬制式向現代數字化通信廣播技術演變而出現的一種廣播技術，是以數字技術為基礎，采用先進的音頻數字編碼、數據壓縮、糾錯編碼以及數字調制、傳輸技術，對廣播信號進行全面數字化處理的廣播系統。相比傳統的模擬技術廣播，在現有同樣的頻率資源下，數字廣播技術可以提供內容更多、形式更豐富的業務，而且服務質量和用戶感受也將有更大的提升。兩者區別見表 1。

3 CDR使用的技術

3.1 信源編碼

信源編碼將模擬音頻信號轉換為數字信號，對數據進行壓縮，提高傳輸的有效性，減少碼率，降低傳輸速率。

DRA（Digital Rise Audio）是我國具備自主知識產權的數字音頻編解碼技術標準。基于人耳聽覺特性進行編碼壓縮，支持立體聲和環繞聲。DRA 同時也是國際藍光光盤協會音頻標準。

CDR 中使用 DRA+ 音頻編碼標準，是 DRA 的低碼率擴展版。輸入信號的標準采樣率范圍是 16～96 kHz，輸出碼率范圍是 16～384 kbit/s，編碼參數可調，在調頻信道內可傳輸多路立體聲節目或一路 5.1 環繞聲節目，并保持較好的主觀聲音質量。DRA+ 能夠提供立體聲和環繞聲兩種分層編碼模式，兼顧了數字調頻廣播的應用范圍和廣播音質。

3.2 信道編碼

在傳輸數據時，因噪聲等因素干擾，在接收端出現數據接收錯誤。因此在調制前對數字信號進行信道編碼，接收端通過計算，找出錯誤的位置，取反糾正，得到正確信號。信道編碼會增加數據傳輸量。

CDR 中使用 LDPC（Low Density Parity Check，低密度校驗碼），是一種基于隨機編碼和迭代譯碼的新一代高效信道編碼技術。LDPC 碼有兩種譯碼算法，硬判決算法和概率譯碼軟判決算法，在軟判決算法下，提供解決香農限的糾錯性能。LDPC 具有解碼器結構簡單，適合 OFDM 高速解碼，在移動通信、DTMB 等數據傳輸領域應用廣泛。

3.3 多載波OFDM（正交頻分復用）調制

OFDM 通過頻分復用實現高速串行數據的并行傳輸 ， 它具有較好的抗多徑衰落的能力。OFDM 將信道分成若干子信道，將高速數據信號轉換成并行的低速子數據流，調制到在每個子信道上進行傳輸。OFDM 系統一個主要優點是，正交的子載波可以利用快速傅利葉變換（FFT/IFFT）實現調制和解調。

為了消除多徑所造成的符號間干擾，在 OFDM 系統發射端可加入保護間隔，保護間隔通常用循環前綴（有時還可插入循環后綴）來填充，否則空白部分會破壞子載波的正交性，引起載波間干擾。循環前綴的長度應大于多徑時延的 4 倍以上，城市信道時延擴展為 0.78 ?s，鄉村為 0.43 ?s，障礙物的時延為 5.1 ?s，因此循環前綴的最大長度至少為 20.4 ?s（5.1×4）。

對于需要大范圍覆蓋的地區和密集的城市地區覆蓋，可以利用 OFDM 的抗干擾特性，建立廣播單頻網運行。這要求多個發射機在時間和頻率上保持精確一致，若發射機距離較遠，所收到的信號時延較大，就要增加保護間隔。一般單頻網設計為循環前綴的 1.2 倍，距離50 千米時為 139 ?s，一般單頻網應大于 139 ?s 以滿足覆蓋要求。

3.4 符號周期（子載波間隔）的設定

由表 4 可以計算，OFDM 的符號周期長度應大于256.4 ?s。當接收機在高速移動接收時，多普勒頻移會破壞子載波間的正交性，為減少影響，其在 108 MHz、300 km/h、相關度 0.5 的相干時間為 6 ms。因此 OFDM的符號周期取值為 256.4 ?s 至 6 ms 之間。

4 CDR的特點

4.1 多種模式適應不同的應用場景

CDR 傳輸共有三種模式，傳輸模式 1 用于大范圍組網、大面積覆蓋;傳輸模式 2 用于高速移動接收;傳輸模式 3 用于高速率傳輸。

4.2 多種頻譜配置

（1）純數字模式：頻譜模式 1 和頻譜模式 2。

（2）數字頻率不連續（模數同發模式）：頻譜模式 9/10、22/23。

4.3 音頻編碼采用DRA低碼率擴展版本（DRA+）

DRA+ 相比 DRA 增加了頻帶復制、參數立體聲和分層模塊等增強技術，音頻輸出碼率范圍可以從 16 kbit/s到 384 kbit/s，如果帶寬允許，可以傳輸多路立體聲節目或一套環繞聲節目。

5 CDR發射機部署

發射臺站位于青島市太平山 1 號，東經120° 20′ 58″，北緯 36° 4′ 7″ ，海拔高度 116 m，天線高度 150 m，天線增益 6 dB。

發射機品牌為 GATESAIR，模擬功放模塊發射功率6.4 kW。功放模塊在 FM 模擬工作方式時，工作在 C 類放大保證效率;在 FM+CDR 數模混播時，工作在 AB類放大保證線性。主要工作參數如下所述。

（1）模數功率比：-14 dB，即數字功率低于模擬功率 14 dB。

（2）傳輸模式：傳輸模式 1。

（3）頻譜模式：頻譜模式 9。

6 單發射機數據發送端系統圖

7 單發射機CDR性能測試

（1）目的：驗證 CDR 場強效果和主觀音質評價。

（2）方法：定點測試與移動接收測試相結合。

1）定點測試

· 使用 10 m 和 4 m 天線測試調頻和數字信號場強、

誤碼率等信息。

2）根據實際情況設計移動接收測試路線

· 選取放射和環路兩大類。

· 深槽路段、山體周邊。

· 建筑密集區的主干道作為移動接收測試的重點。

（3）數據接收系統示意圖

（4）收測數據及主觀評價

頻譜圖對比，89.7 MHz 為含 CDR 的數模同播發射機接收頻譜，107.6 MHz 為普通模擬發射機。

場強收測儀器為 Navigator100 測試儀。

主觀評價：櫸林山 FM89.7 MHz 發射信號的模擬頻·段在市區整體覆蓋良好，部分黃色路段因市區高樓遮擋，·影響了收聽效果。數字頻段在浮山南側、浮山東側、老·虎山東側、老虎山北側、星河灣北側受浮山山地影響或·高樓遮擋，覆蓋效果較差，市區其他路段信號良好。

8 結語

數字音頻廣播在現有的模擬調頻頻段復用數字信息，可以單向傳輸多種增值業務，例如高音質廣播收聽、高精度定位、EPG（Electronic Program Guide，電子節目指南）、應急廣播信息等等，發展前景廣闊。青島地區調頻數字廣播數據傳輸業務的試點建設，既保證傳統廣播向數字廣播平穩過度，也為后期開展各種增值業務提供了平臺。

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