DRM信号和调幅广播信号的干扰研究

孙象然，刘守训

(1.中国传媒大学信息工程学院，北京 100024;2.中国传媒大学研究生院，北京 100024)

DRM信号和调幅广播信号的干扰研究

孙象然1，刘守训2

(1.中国传媒大学信息工程学院，北京 100024;2.中国传媒大学研究生院，北京 100024)

DRM(Digital Radio Mondiale)保留了传统模拟调幅广播的优点，解决了其诸多的缺点，其为调幅广播带来了新的发展机会和空间。随着世界各国对DRM的不断重视，DRM系统将会逐渐普及。在调幅广播到DRM系统的过渡阶段，DRM信号可能会对调幅广播信号造成干扰。本文在对DRM信号和模拟调幅广播信号分析的基础上，结合模拟调幅广播接收机的解调电路的基本特点和人耳听阈的基本特征，描述了DRM对调幅广播的影响。同时，提出了模数同频保护率的定义及其计算方法。

DRM;干扰;模数同频保护率

1 引言

为了选择合适的统一数字AM系统，1998年3月在中国广州成立了 DRM联盟，由其开发的30MHz以下的长中短波数字声音广播系统称为DRM系统。DRM技术系统，在保持现有的AM带宽下，具有调幅广播的覆盖范围与调频广播的质量，同时它也是一种多媒体广播系统，它既可以用来传送声音广播节目，也可以传送数据业务、静止或活动图像。模拟调幅广播必将被DRM所替代。当前我国及世界各国都开展了的DRM广播，逐步部署数字化转换的工作。

由于调幅波段广播，特别是其中的短波频段业务，在天波传输过程中存在较强的随机性，工作在相同频率和相邻频率的模拟和数字广播业务容易互相干扰。因此，在逐步向数字广播演进的过程中，必须充分考虑数字广播业务与模拟广播业务之间的干扰问题，为过渡阶段的频率规划工作提供理论依据。

传统调幅广播的同频保护率［1］适用于只有传统模拟广播工作的条件下，而处于同频的模拟调幅广播和数字DRM广播信号在模拟广播接收机解调后，会使传统调幅广播的同频保护率提高，本文通过对同频的模拟调幅广播信号和DRM数字广播信号的解调进行分析和仿真，推导出模数同频保护率的数值。

同时在DRM应用过程中，选择其作为对非法模拟调幅广播的干扰信号，能够完成对非法信号的良好的压制作用。本文提出了模数同频保护率也可以作为指导干扰对抗的功率参考标准，实现最佳干扰［2］。

2 模拟调幅广播信号和DRM信号形式

传统模拟调幅广播发射机，采用全载波双边带调幅进行调制，其形式可表述如下:输入的音频信号为 UΩ·cosΩt，

则我们得到的射频输出调幅信号为:

其中Uc为射频载波信号的幅度，ωc为射频载波信号的频率，m=UΩ/Uc为调幅度。由调幅波的表达式可以看出，在单音调制时，射频已调波由三个频率分量组成:载频ωc，上边频(ωc+Ω)和下边频(ωc-Ω)。

DRM系统采用正交频分复用(OFDM)的调制方式，OFDM信号的功率谱类似白噪声，这一特点使其对同频模拟调幅广播具有较强的干扰，其射频输出的调制信号的基本数学形式［3］为:

其中，ωc为射频中心频率，K为子载波个数，k为第k个子载波，ck=ak+j·bk表示经过16QAM映射［4］后，分配在第k个子载波上的符号(ak，bk∈［±3，±1］)，ωk为处在通带范围内的第k个子载波的频率，Us为子载波的单位幅度。

基于OFDM调制的DRM系统，实现调制的过程通常包括两个步骤:首先是快速傅里叶逆变换(IFFT)运算，得到OFDM基带信号的IQ分量I(t)、Q(t);然后采用正交调制的方式进行频率变换，得到OFDM射频信号。

为了便于后边的讨论和公式推导，我们用上述的处理步骤对OFDM射频信号采用数学公式进行表示:

图1为单音频调幅信号和DRM射频信号的功率谱图，其中DRM信号采用DRM系统中的模式B下的10kHz带宽模式。

图1 单音频调幅信号和DRM射频信号的功率谱图

3 DRM信号对模拟调幅广播接收机的影响

3.1 模拟接收机解调特性

在模拟调幅广播接收机电路中，经常采用相干解调的方式进行处理，同时其工作原理简单，通过对DRM信号和AM信号分别经过相干解调电路后的输出信号进行分析，可以直观地观察到DRM输出信号和AM输出信号之间的不同，进而可以推广到其他的解调电路形式。

调幅信号相干解调的基本原理［5］如图2所示，由本地产生一个同射频载波同频同相的振荡信号，同接收到的调幅信号共同送入到乘法器进行处理，然后后级接RC低通滤波器，再经过隔直元件滤除直流成分，最后输出解调的音频信号。

图2 调幅信号相干解调原理图

为了简化问题的讨论，我们假设本地振荡信号与接收的射频调幅信号的载波同频同相，这个假设并不会影响到结论的正确性，则AM调幅信号由公式(1)表示，其经过乘法器后变为:

而DRM信号作为射频输入信号由公式(3)表示，其经过乘法器处理后，得到:

两种信号经过乘法器电路后，信号的功率谱如图3所示。

图3 相干解调下单音频调幅信号和DRM信号信号经过乘法器电路后的功率谱图

调幅接收机将接收信号经过乘法器处理后，还需通过低通滤波器，以及隔直元件，滤除直流和高频成分，从而还原为原始的音频信号，公式(6)表示的模拟调幅信号经过上述处理后，输出的音频信号为:

对uout(t)进行傅立叶变换后得到F(uout(t))，再通过傅立叶变换结果求出输出的音频信号的功率谱:

由公式(1)计算AM广播信号的平均功率为:

同样，DRM信号完成乘法器处理后，公式(7)表示的信号的经过低通滤波和隔直的相应处理后，得到的输出信号为

该DRM信号经过相干解调的输出信号的频谱为

其中DRM信号子载波采用16QAM的调制模式，有|ck|2∈［2，10，18］。

由公式(12)可以看出，在接收机的音频通道输出端，DRM的输出信号在频域上表现为在低通滤波器带宽范围内的类似于噪声的频谱形式。

由公式(3)得到DRM射频信号的功率谱为:

DRM信号是由若干个子载波并行传输构成的，各子载波的调制方式为16QAM，而对于每个子载波所对应的调制星座点，在星座图中具有平均分布的概率分布，由此得出DRM射频信号的平均功率为:

其中K表示DRM系统中的副载波数。

3.2 DRM信号对模拟调幅广播解调信号的影响

图4为以不同声压级的白噪声作为掩蔽声时，实验测得的人耳听阈曲线图［6］。

图4掩蔽声为白噪声的听阈曲线图

由上图可以看出，听阈曲线随着噪声强度的等比例增加而均匀提高;当听阈曲线在频率为500Hz以下时，听阈声强基本比噪声声强高17dB左右，而在500Hz以上的水平逐渐提高，在1kHz-5kHz频率范围内逐渐提升了约5dB，到5kHz处，听阈声强比噪声声强高22dB左右。

由公式(12)观察得出，类似于噪声频谱形式的DRM信号对AM广播收听的影响，可以通过图4所示的白噪声的掩蔽效应进行说明。为了简化讨论，同时不失一般性，用单音信号代替节目的音频信号。

对于采用相干解调方式的模拟调幅广播接收机，对接收的射频信号进行解调，DRM信号解调输出为OFDM基带信号的部分信号，相当于滤波器通带内的白噪声，其对AM信号解调输出的单音频信号在听阈上的影响，正如白噪声的声音掩蔽效果，而且信号的功率对应于输出信号的声强。

3.3 模数同频保护率分析

由上节的论述，可以得出模拟调幅广播信号和DRM信号在同频干扰的情况下，如果保证模拟调幅广播接收机上仍然能够收听到节目的声音，就要求AM广播输出的音频信号的声压要高于DRM解调信号的对应频率产生的噪声声压20dB以上，即对应频率的功率比应在20dB以上。由此得出在接收机的接收位置上，传统模拟调幅广播信号的接收场强同数字DRM广播信号的接收场强之比，就是模拟调幅广播对数字DRM广播的同频保护率，即模数同频保护率，该同频保护率也可以由模拟调幅广播信号同DRM信号的射频信号的功率之比得到。

由公式(9)和(13)，以及白噪声地声音掩蔽效应，得到AM信号和DRM信号对应频率点的输出信号的功率比满足下面等式:

其中|cN|2和|c-N|2为与AM解调出的单音频信号频率点相对应的DRM信号的功率谱值。变换后得出

模拟调幅广播信号的射频功率对DRM信号的射频功率比即为模数同频保护率:

将公式(17)代入公式(18)得到

4 干扰仿真

假设DRM信号的平均功率等于模拟调幅广播信号的平均功率，Matlab仿真结果如图5所示，分别得到单音频的模拟调幅广播信号和DRM信号经过相干解调后的功率谱。

图5 单音频调幅信号和DRM信号经调幅广播接收机解调输出信号的功率谱

由图5可以看出，当调幅度为100%的单音频信号解调后的输出信号为-30dB，而DRM信号经过相干解调后输出的信号为-45dB左右，调制度为100%的单音频信号只比DRM信号高出15dB左右，参考本文3.2的论述，音频信号将无法被人耳听到。当调制信号为音频节目时，其平均调幅度总是小于100%，则模拟调幅广播的信号功率至少要高于DRM信号至少7dB以上，节目才能被人耳听到。如果存在非法模拟调幅广播节目，则只要保证DRM信号比非法AM广播信号低7dB以内，就能完全屏蔽掉模拟调幅广播节目的输出，实现最佳干扰。

5 结论

本文提出模数同频保护率的计算方法即公式(19)，可以应用在广播业务数字化转换的过渡阶段，作为发射机输出功率的重要参考标准。在发生模拟调幅广播和DRM广播同频干扰的情况下，依靠提供的计算方法，相应提高模拟调幅广播的输出功率，就可以保证听众的收听。

［1］何大中.广播电视技术手册(第一分册)［M］.北京:国防工业出版社，1990.

［2］王红星，曹建平.通信侦察与干扰技术［M］.北京:国防工业出版社，2005.

［3］李栋.数字声音广播［M］.北京:北京广播学院出版社，2001.

［4］ETSI ES 201 980 V2.1.1，June 2004.

［5］樊昌信.通信原理(第4版)［M］.北京:国防工业出版社，1995.

［6］马大猷.声学手册［M］.北京:科学出版社，1983.

Researches on the Interference of DRM Signal and AM Broadcasting Signal

SUN Xiang-ran1，LIU Shou-xun2

(1.Information Engineering School，Communication University of China，Beijing 100024;2.Graduate School，Communication University of China，Beijing 100024)

Keeping the strong point of conventional AM broadcasting and solving the drawbacks of it，the advent of DRM(Digital Radio Mondiale)is a new chance for the development of AM broadcasting.With the concerns of DRM all over the world，DRM system will become more and more popular.In the transition from AM system to DRM system，DRM signal will probably make the interference with AM signal.In this paper based on the analysis of DRM signal and AM signal，with the feature of demodulation circuit in conventional AM broadcasting receiver and the characteristic of the auditory threshold，the interference is described.Moreover the definition of AM and DRM Co-Channel Protection Ratio is presented，and the calculation method is provided.

DRM;Interference;AM and DRM Co-Channel Protection Ratio

TN914

1673-4793(2012)02-0043-06

2012-03-15

孙象然(1978-)，男(汉族)，辽宁沈阳人，中国传媒大学讲师，博士.E-mail:sunxr@cuc.edu.cn

(责任编辑

:宋金宝)