数字调幅广播技术

贾文光

摘要：数字调幅广播（DRM）系统提供了一个数字的多业务广播平台，既可以传输高质量的音频节目，又可以传输各类数据业务、文字与图片。对于中国这样地域辽阔、拥有大量调幅广播电台的发展中国家来说，数字广播产业有广泛的市场前景。掌握并研发拥有自主知识产权的DRM关键技术，对于推动我国乃至世界调幅广播数字化改造工作，带动产业升级，创造广播事业新的发展空间以及对民族工业的发展都具有重要的意义。

关键词：调幅；DRM技术：接收机

中图分类号：G22 文献标识码：A 文章编号：1672-4437（2013）03-0105-02

调幅（AM Amplitude Modulation））是通过调制信号对射频载波信号的瞬时幅度控制来实现的一种调制方式。长波、中波和短波广播都是采用调幅方式。统称为调幅广播，其工作频段为150kHz-30MHz，因此也称为30Mm以下的广播方式。传统的模拟调幅广播具有覆盖范围广、接收成本低、适合固定和移动接收等优点，一直被世界各国作为最基本的、大范围覆盖的信息传播技术手段之一。据统计，现在全世界范围内大约有数千座长、中、短波广播发射台，20亿部调幅收音机，6亿部短波收音机。但是，模拟调幅广播也存在着传输质量差、业务单一、易被干扰等缺点，随着调频波段广播节目和电视的普及，以及数字卫星广播、互联网、DAB和DMB多媒体广播等现代广播技术的出现，模拟调幅广播业务受到巨大的冲击，甚至面临消亡的命运。广播电视数字化、网络化、信息化的发展趋势。使调幅广播的数字化显得尤为迫切。过去数十年来，欧美发达国家十分重视调幅波段广播的数字化。做了大量的基础研究和实验研究，提出了多种调幅广播的数字化方案。广播领域的数字化浪潮，带动了整个广播业的迅猛发展。数字音频广播（DAB）、数字多媒体广播（DMB）、数据广播（DDB）和数字调幅广播（DRM）等第三代广播的出现，使广播又焕发出新的活力。DRM作为目前相对成熟的中短波数字化技术，得到了国际上的普遍认可，被国际电联广播业务组ITU-R确定为全球短波波段数字声音广播的唯一制式，并已经完成和公布了技术标准DRM，许多国家开展了试验和试播工作。

由于数字处理技术应用于调幅广播具有许多优点，越来越多的广播电台、广播网络运营商、广播产品制造商，启动了自己的DRM实施计划。目前，全球已有50多个广播电台每天、每周或定期播出DRM制式的节目，DRM的使用正在全球快速增长。

一、发射设备

DRM技术优势

DRM系统，属于新一代的广播系统，这种新的传输系统除了信号覆盖面广的优势，DRM还着力增强抵抗自然和人工干扰源的各种因素，破除传统广播的技术瓶颈，实现了DRM标准中的音频广播目标。在保持带宽的情况下，利用音频数据率压缩技术和DSP技术，增强抗干扰能力，消除短波衰落，在经过远距离的传输后，DRM接收机的声音质量仍可以与本地模拟调频广播相媲美。如果带宽加倍，甚至可以实现CD音质效果。此外，还采用了实时背景扫描技术，在完全不影响当前接收的DRM信号的同时，对全频段的DRM发送信号进行搜索，并将可用于接收的DRM频率及其信号的优劣程度进行列表，从而实现信号接收的无缝转接。

且系统需要的发射功率很小，有利于节约能源、减小电磁污染和改善环境保护。DRM是用来取代目前中、短波模拟调幅广播技术的，模拟调幅广播系统使用的频段是150kHz-300MHz，现在最新的DRM广播频率已达到120MHz，涵盖了调频广播的频率段，在功能上DRM将传输单一的音频信息扩展为传送音频节目的同时传送附带的文本信息及多种数据业务。

二、DRM关键技术

1.系统的基本结构

基于DRM标准研制的DRM系统主要由四个模块组成：源编码模块、复用模块、信道编码模块和OFDM（正交频分复用）模块，其结构框图所示。

2.DRM在模拟发射机数字化改造中的关键技术

DRM系统中，在信源编码部分采用了最先进的HE-AAC音频压缩编码技术，该技术与参量立体声编码技术相结合。可以在32kbps的低比特率条件下传输接近FM质量的立体声信号；另外还有专门针对语音编码的MPEG-4 CELP编码技术以及甚低码率的MPEG-4HVXC语音编码技术，可以实现多语言广播（如新闻）节目的传输。同时，DRM帧结构还保证了业务配置的灵活性，可以在传输声音广播节目的同时，传输与之相关或立的数据信息业务，如字幕、远程教学、天气预报等。在FAC和SDC通道中，还包括了接收机同步信息、电台呼号、频率信息、时间日期等常用信息，这些信息都可以在接收机端方便地显示出来。

在信道编码部分，DRM采用了删除卷积编码技术以及多级编码技术（MLC）进行误码保护，同时还针对传输信息的重要性不同，提供不同的保护等级和不同的卷积编码率组合，以适应不同的信道传输特性。为进一步增强误码保护能力，该系统还采用了能量扩散和交织技术。在信号调制上，针对抗调幅广播信道的多径传输、频率选择性衰落、多普勒频率漂移等恶劣条件的影响，DRM系统采用了COFDM（编码正交频分复用）技术和等级调制技术。同时，针对中、短波等不同的信道传输特性，DRM定义了四中不同的传输模式；在位调制方面还提供了64QAM或16QAM，以及16QAM或4QAM等不同的调制方式。为便于接收机接收信号，在DRM传输帧结构中还包含大量的导频及参考信号。DRM系统还支持自动的替代频率切换（心）功能，允许接收机在不被用户察觉的条件下。自动选择接收质量最好的相同业务内容的广播频点，以保证接收。

三、接收设备

在DRM系统中，听众需要购买新的接收机才能收听DRM广播。国际上，DRM接收机的研制基本可以分为三个阶段：

第一阶段，是用于功能验证及系统测试目的的接收机原型功能样机的研制。比较有代表性的有：

1.德国弗朗霍夫集成电路研究所开发的软件接收机（Software Radio）；

2.德国达姆施达特大学开发的Dream软件接收机；

3.中国广播科学研究院于2003年研制的DRM接收机功能样机DigitAM；

4.法国Thales公司的TSW1002D数字参考接收机。

第二阶段，基本上是在原型样机的基础上开发的基于数字信号处理+现场可编程门阵列（DSP+FPGA）形式的一体化接收机，比较有代表性的有：

1.Coding Technologies、BBC和德国AFG合作开发的DRM接收机，该接收机采用HF接收机模块和承担解调以及信道和信源解码任务的DSP模块组成；

2.Mayah、Coding Technologies、Himalaya和AFG联合开发的DRM2010，该接收机中采用了部分符合DRM标准的最新技术，并采用专门为此而开发的DSP模块来实现DRM功能；

3.Coding Technologies与合作伙伴开发的世界上第一个通用串行总线（USB）DRM接收机——数字世界旅行者（Digital World Traveler）。

目前，DRM接收机的研制正处于第三个阶段，即第一代专用接收机芯片，以及基于专用芯片的接收机的研制。

DRM数字调幅广播具有音频质量好、支持多媒体数据业务、覆盖范围广、发射功率低和数字化改造成本低等诸多优点，数字化改造之后，不仅减少了广播电台的运行费用，也改善了电磁环境。因此，采用DRM系统替代传统模拟调幅广播系统是调幅广播未来的必由之路，对发展我国的广播事业和推动国民经济建设也具有重要意义。