浅谈数字AM广播技术

2014-12-13祝胜利

中国科技纵横 2014年4期

关键词：调幅短波发射机

祝胜利

(国家新闻出版广电总局六五四台,新疆呼图壁 831200)

浅谈数字AM广播技术

祝胜利

(国家新闻出版广电总局六五四台,新疆呼图壁 831200)

调幅广播显著优点是覆盖范围广,传输距离远,接收机简单价格便宜,但由于调幅广播幅度调制方式和占用窄的频带,带来了明显的缺点：广播信号在传输过程中易受到干扰,传输质量不高;业务单纯,一部发射机使用一个载波频率,传送一套声音广播节目,而且节目质量差,面临众多媒体的挑战,调幅广播明显处于劣势。而数字广播技术能对数字传送、发射、接收过程中各种干扰引起的误码进行自我纠错处理,保证从音频信号源到发射、接收全过程都达到高质量,从而提高广播系统的整体技术性能。它提供了一个数字的多业务广播平台,不但能传输高质量的音频节目,而且又能传输各类数据业务等。在处理过程中,噪声、非线性失真等,都不能改变数字信号的品质。

数字广播数字AM广播编码正交频分复用 AM制式

调幅广播诞生以来，经过长期的发展，有过辉煌的时期。在调频广播出现以前，世界范围内唯一的广播方式是长、中、短波调幅广播。有了调频广播后，调幅广播还是有大量听众的，主要是偏远山区及广大农村听众，这是他们获取信息的主要途径。当然，随着这些年村村通等电视工程的推进，电视也成为他们不可或缺的信息渠道，但传统广播，尤其是调幅广播依然占有很大的份量。调幅广播生命力如此顽强主要是因为它可以大面积、远距离进行覆盖，它采用包络调解，接收设备价格低廉。然而，中短波波段调幅广播有几个固有的缺点：容易受干扰；短波调幅广播频率选择性衰落严重影响广播质量；功率大、高耗能、设备投资及维护运行成本高；使用9KHz(或10KHz)带宽，模拟方式的调幅广播很难达到高质量。近几十年来频谱又是过度占用，同频道，临近频道干扰严重，收听条件越来越差，广大听众对调幅广播的质量越来越不满意。为了解决短波广播传输质量问题，ITU(国际电信联盟)曾建议共同实施单边(SSB)带技术，很多广播机构进行了单边带(SSB)实验发射，但结果并不理想，再者，SSB接收机价格昂贵。为了克服模拟AM广播缺点，充分利用中、短波资源对全球实施有效经济的覆盖，数字AM是必由之路。

1 数字AM广播的优点

数字调幅(DAM-Digital Amplitude Modulation)广播有下列优点：(1)可以充分利用现有的中、短波频谱资源。相同覆盖情况下，DAM(数字调幅广播)发射机比模拟调幅发射机功率可降低6dB至9dB，耗能低，效率高。(2)显著提高AM波段信号传送音质，在保持现有带宽的情况下，利用音频数据压缩技术和DSP(数字信号处理)技术，可达到调频质量，带宽加倍甚至可达到CD的质量。(3)增强抗干扰能力，可消除短波衰落。(4)可与模拟信号传送兼容，在规定的带宽内，可同时传送一个模拟信号和一个数字信号，便于逐步向全数字过渡。(5)可对现有的中、短波发射机进行技术改造，且改造费用低。(6)能够提供附加业务和数据传输。

2 COFDM(编码正交频分复用)

OFD(正交频分)：使用大量的载波代替单载波。这些大量的载波有相等的频率间隔，都是一个基本振荡频率的整数倍，频谱成正交关系。

M(复用)：COFDM是宽带传输，传输的信息不再是单一的节目，而是多套节目的数据流相互交织的分布在大量载波上，形成一个频率块，为了防止传输差错，经过信源编码进行数据压缩的数据流，首先要进行信道编码，即人为加入冗余。然后，经信道编码的信息要被分配到频谱成正交关系的许多副载波上传送。这些副载波被数字信息调制，采用的是四相差分相移键控的调制方法。所有这些已调副载波叠加在一起，就形成包含数字信息的所谓COFDM基带信号，然后，再采取搬迁的办法，将其变换到射频范围，形成“频率块”，经功率放大后通过天线发射。在一个“频率块”上通常可由一部发射机同时传送多套节目和其他数据业务。

(a)数字AM发射系统

(b)数字AM接受系统

为了能修正传输进程中可能出现的突发性的比特差错，采用了“时间交织”和“频率交织”技术，双重预防措施，使本来相信的信息单元在时域和频域都尽可能远地分开传送，接收端经过去交织恢复原有的顺序。在COFDM传输方法中，为防止具有较大时延差的多径传播的信号在接收机相遇时总务处符号间干扰，人为地在符号持续期增加一个被称为“保护间隔”的时间长度。COFDM是多载波宽带系统，在特定条件和环境下可能出现个别载波衰落但它们仅携带少量的信息，出现传输差错完全能修正。OFDM发生器输出是多载波的基带信号，其幅度变化分量送到现有模拟AM发射机的调制通道；OFDM基带信号分解为同相分量(I)和正交分量(Q)，通过频率合成器并变换为RF相位分量(Φ)，送到现有AM机发射机激励通道，通过模拟发射机发射出数字信号。

3 数字AM制式简介

目前世界范围内提出的数字AM系统大致可分为两大类，一类系统采用多载波调制方式，另一类是系统采用单载波调制方式。

(1)多载波并行传输系统在多载波调制中，采用DAB(数字音频广播)中使用的COFDM(编码正交频分复用)调制技术，利用多载波宽带系统同时传送数据，每个载波采用低速率的QPSK、16QAM、64QAM调制。音频编码采用MPEC-4AAC(先进音频编码)方法，音频带宽可以大于9KHz。多载波系统抗干扰能力强，接收机简单，但是发射机的峰值系数较高，对发射机非线性的校正要求很高。

(2)单载波串行传输系统在单载波调制中，使用单个载波，进行多状态数字调相(MPSK，M＞4)或多个状态调幅调相(32/64-APSK)的调制方法，9KHz或10KHz带宽，在与模拟调幅广播同时播出时(各自占用相邻的独立频道)，净数据率可达10Kb/s-24Kb/s。音频编码采用MPEC-4AAC(先进音频编码)方法。单载波系统的有点是可以保持模拟发射的高效率，但接收机复杂。

4 数字AM发射与接受系统

数字AM系统是以数字处理技术为根本，利用传统条幅发射技术，实现调幅广播的数字化。如图a和图b分别是数字AM发射与接受系统组成图。

由此可知，在发射端音频信号与附加数据等信号要先经过信源和信道编码的数字处理过程，然后加之发射机处理后通过天线发射出去。在接受端则要使用与现在完全不同的专用数字接收机，将从天线收到的射频信号经过解调、解码，还原成音频信号和附加数据等。数字AM信号要通过发射机才能获得足够的传输功率，基本原理是首先对加至发射机的音频信号进行数字编码处理，再加至发射机进行高电平放大和再调制，将数字信号变成模拟信号，最后象现有的发射机一样进行功率放大后通过天线发射出去。目前我国大部分短波发射机为PDM或PSM为主，在现有的发射机上去掉现有的音频处理器，增加一台数字调制器，更换一台数字频率合成器，对发射机调制器的低通滤波器截至频率进行高端扩展，再重新调整发射机的中和电路等就完成了数字化改造。