浅谈DRM数字广播—端到端系统技术解决方案

舒建国 杜朝云

浅谈DRM数字广播—端到端系统技术解决方案

舒建国 杜朝云

（作者单位：四川省新闻出版广电局544台）

本文首先阐述DRM数字广播国内外发展现状及其优势，然后针对国产DRM发端的发射机技术问题进行了简述，同时对DRM终端产品数字接收机的相关技术进行介绍，最后展望了DRM数字广播的广阔前景。

DRM发射机；DRM接收机

1　广播技术发展概述

随着宽带通信网络与数字多媒体的快速发展，我们的生活变得越来越便利，但也存在众多挑战，听众对广播节目的质量也相应的新追求，传统的中波、短波广播由于采用模拟调幅调制，信道变化复杂、宜受干扰，致使目前中短波广播的质量低于听众的收听要求，以致收听的人群逐渐减少。再一个是受到调频广播及数字广播如DRM、DAB、DMB、数字视频广播（DVB）及卫 星数字广播（DSR）等影响，（它们不仅声音质量高，而且可以进行多种数据的传输，如图1所示，图像、文本信息等。并且人们获取信息的方式也越来越多），传统调幅广播（AM）已经受到了越来越严峻的挑战。发展数字调幅广播DRM是必由之路。在未来几年内现行模拟声音广播必将被数字广播所替代。

图1　数字调幅广播DRM在一个频段内可传送4套节目

在世界广播电视技术迅猛发展的今天，我们可以欣慰地回顾DRM（Digital Radio Mondiale）系统产生演变的历史。1998年，成立了“世界性数字AM广播”DRM（Digital Radio Mondiale）组织，2001年DRM系统被欧洲电信标准协会（ETSI）标准化，2002年经国际电工委员会（IEC）通过，DRM系统规范正式生效。2003年6月16日世界DRM组织在日内瓦宣布了DRM的标准。标志着数字AM的开始。在DRM标准生效之前，已有许多数字AM系统方案，如法国Thomcast天波2000系统、德国电信的数字音乐之波DMW（或T2 M系统，DTAG系统）、美国之音和喷气推进实验室系统等等，这些方案为DRM标准的提出奠定了基础。

我国大多主要是模拟调幅广播，但在DRM数字信息技术的发展方面，也走在了世界发展中国家的前列。部分发射台已装备DRM中波发射机或进行过DRM实验发射。很多发达国家将广播、电视全数字化的时间表规定为2010年，根据自身经济发展的实力，我国将关闭最后一部模拟广播、电视的时间表定为2015年。在2006年4月18日的国务院新闻发布会上，国家广电总局副局长胡占凡说，我国将于2015年停播所有的模拟广播电视节目，全部转为数字化，因而，开发、研制国产的DRM广播设备已迫在眉睫，有远见的企业已领先一步，开展了工作。在DRM系统发端的发射机开发方面，哈尔滨广播器材有限责任公司与中国传媒大学合作，在DX系列发射机、PDM系列发射机和幅相调制系列发射机DAM的基础上研发DRM发射机，走出了国内一体化DRM发射机设计研发的第一步，目前已经研制成功国内首批DX系列10kW、25kW 、50kW的DRM发射机和PDM系列的1kW、3kW、DRM发射机，并且已在国内部分中波发射台投入运行，出口国外的部分中波发射机也配备了DRM功能。

在DRM系统的终端产品数字接收机方面，哈尔滨广播器材有限责任公司与成都纽斯达公司合作，成功开发了具有世界先进水平的DRM软件接收机，目前已经推出全国第一款HG-101多媒体数字接收机，解决了国内外对DRM终端产品的急需。

2　DRM发射机原理简述

现以“哈广”公司研制成功的DRM发射机为例进行介绍。DRM发射机是基于哈广DAM中波发射机系列产品基础之上进行开发的，（所以本文中涉及到DAM发射机常规未改动部分就不做赘述了）这里重点围绕编码系统、接口系统、控制系统及监测系统进行简要介绍。

2.1DRM编码系统

DRM编码系统框图如图2所示。编码系统是由复用器模块，信道编码模块，正交频分复用器模块（OFDM）三个模块组成。

图2　DRM编码系统结构框图

（1）源编码模块：也称数据压缩或码率压缩模块，目的是降低数字信号的数据率，对数字音频进行有效的压缩，力求以最小的码率传送最大的信息量。

（2）信道编码模块∶也称差错控制编码模块。为保证通信传输的可靠性，根据一定的规律，在信源编码的数据流中，人为加入一定冗余码元组成抗干扰编码，即补充差错保护，从而提高信号的抗干扰和纠错能力。

（3）正交频分复用模块（OFDM）：它是一种多载波调制技术，把数据流分解为N个独立的子载波比特流，每个子数据流将具有低得多的比特速率，用这样低比特速率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载波，就构成了多个低速率符号并行发送的传输系统，即将频率上间隔相等的N个子载波信号调制并相加后同时发送，实现多个子信道同时传输信息。

2.2传输处理系统

音频输入接口采用模拟平衡传输接口（600Ω）与数字传输接口（AES3/ EBU），模拟音频信号送至音频处理器，音频处理器输出两路音频信号，一路送至DRM音频编码器接口，实现DSB调制解调。一路送至编码调制器，供DRM调制使用，数字音频信号直接送至DRM编码器，供DRM调制使用。通过开关来选择模拟发射或数字发射。

DRM编码系统产生COFDM基带I/Q信号，通过数字音频传输线送至DRM适配器，将基带I/Q信号分解为幅度变化分量和相位变化分量，分别送入“数-模转换（DAC）”电路和数字射频激励调制器。送入“数-模转换（DAC）”的一路信号生成幅度包络，并进行数字处理，送至调制编码器进行调制。送入射频激励调制器的另一路信号经处理生成相位调制的载波信号，送入射频放大电路放大。然后由发射机输出DRM信号。

2.3控制系统

DRM发射机控制系统包括发射机的功能控制和操作控制，功能控制主要由单片机来进行控制，而操作控制是通过触摸屏对编码系统（如信源和信道编码等等）和整机（如开关机，升降功率等等）进行设置。

2.4监测系统

DRM监测系统是对发射机发送的数字信号进行监测。从射频输出端取样回来的发射信号通过监测系统在触摸屏或显示屏上显示各种信息，同时对发射信号进行解码，通过音箱送出音频信号。可以根据监测系统来配置发射机的状态，以达到最合理的配置。

3　DRM接收机的原理简述

现以“哈广”公司研制成功的DRM接收机HG-101为例进行介绍。

HG-101 DRM数字广播接收机由主板、电源键盘板组成。主板主要负责调谐、A/D转换、解调、控制、数字音频处理等功能，电源键盘板主要负责整机供电及键盘操作等。

调谐器的滤波器组是将接收到的无线信号分别经各个不同频段进行接收，以滤除杂波，提高整个接收机的信噪比，增强灵敏度，滤波器选用椭圆函数型滤波器，其在通带和阻带内的频响都呈现等波纹特性，其主要参数为滤波器阶数为3通带内波动为0.25dB、阻带内衰减为50dB、阻抗为50Ω和插入损耗为6dB。

天线收到的无线信号先经过衰减器达到12-15db，进入高Q值的选频网络（ 分 为2.3-5.9M、5-9M、9-16M、16-30M，）加入本振后混频到450KHz，以提高净频干扰，进入4×带通滤波器，提高邻频干扰后，在进行第二次混频，然后信号经过滤波放大送入外混频器。混频器选用PHILIPS的SA612AD芯片，将450kHz模拟信号变换到12kHz中频上。SA612AD是内部带振荡器和电压参考的双平衡混频器，它具有功耗低、集成度高的优点，其振荡器可被配置为晶体或调谐操作模式，操作灵活。A/D采样用于将12kHz模拟信号数字化，以供完成DRM信号的解调、信道解码及解复用任务，最后将结果输出到D/A转换器得到音频信号。

FM调频信号从天线接收，经过高通滤波器到87-108M后进入2×带通滤波器。中短波信号通过磁棒接收，经过LC振荡器进入多波段调谐器处理后，经音频解码器（WM8731）、音频放大电路TDA2822M电路后送入耳机和扬声器。后端控制部分主要由AU1210控制，对外设备主要包括内存、外存、CMOS集成电路、按键控制、SD卡存储和I2C总线等组成。I2C当SCL为+时，SDA从高电平到低电平时，表示起始；当SCL为-时，SDA从低电平到高电平时，表示停止。一条串行数据线，一条串行时钟线，负责音频解码器WM8731LSEFL与电源管理模块MAX8662ETM之间的通信。图3是接收机从接收信号到声音输出的简单流程。

图3　接收机终端结构原理图

总体来说HG-101是一个基于软件的DRM接收机平台，是和现有的DRM接收机大多采用ADI模块和RadioScape模块（基于TI的DSP芯片）不同的是，HG-101采用的是来自Marvell、飞思卡尔和三星这类厂商的应用处理器，利用ARM处理器实现DRM信道、信源解码和一些控制任务，外接多频带单芯片Tuner。我们选用Linux 或Win CE两种操作系统，软件和应用移植非常简单。HG-101平台构建还包括了一个提供音频解码能力的数字音频处理单元，一个2D 图形加速器，适用于MPEG2/ DivX/VC-1数字媒体解码器和大容量存储器接口，如图4所示。

图4　哈广HG-101平台框图

HG-101 是为DRM，FM 和AM 广播所设计的全新的多功能便携式数字广播接收机平台。这些特性有助于简化便携式数字收音机产品的设计过程。集成在内的RCSS®引擎提供了在一个平台中集成多种数字广播信息的能力。软件定义的RCSS®引擎使得在同一平台上部署多种数字广播标准成为可能。

4　DRM系统的前景展望

DRM系统是一种地面广播的灵活的数字声音广播系统，满足在30MHz以下频段开展各种电磁环境下数字广播业务的要求。DRM系统采用正交频分复用（OFDM）多载波调制方式，采用先进的信源信道编码和调制技术，具有多种传输模式，适用于多种信道和带宽传输。可同时传送多套业务（如图像，文本信息等），极大的提高了频谱的利用率。鉴于数字调幅广播具有音频质量好、覆盖范围广、支持多媒体业务等许多优点，越来越多的广播电台、广播网络运营商、广播产品制造商，开始实施DRM数字调幅广播发射实验。在DRM标准正式发布至今，全世界生产DRM发射机的厂家也越来越多，如Thales（泰雷兹）的TMW2010D的DRM中波发射机，Harris（哈里斯）的DAX系列中波DRM发射机等等。全世界以DRM运行的广播电台数量已增加到70多个，全天24小时连续播出DRM数字节目的频率有11个。

DRM是很多国家中短波（30MHz以下）音频广播数字化的唯一途径，但目前DRM市场有一个问题是，现有的DRM接收机都很昂贵，全世界都在等待便宜好用的硬件接收机的诞生。而我们哈广公司的目标就是与有关科研院所合作，在不久的将来推出低功耗、低成本的多功能的硬件DRM接收机，以推动这个市场的进一步发展”。

5　结语

数字调幅广播（DRM）系统的推广应用，必将大力推动我国声音广播产业技术升级，以及蓄势待发的全球性DRM广播市场，产业化前景十分广阔。

DRM系统工作在30MHz以下的长、中、短波段，并针对不同波段的信道传播特性传输的多媒体无线广播系统，除了可以用来传送声音广播节目外，还具有数据、文字、图像、视频等附加信息的传播功能。通过无线电波，在同一部接收机上，不仅可以收听广播，而且也可以收看报纸、电视、网络新闻，且具有MP3、MP4等功能，还可以进行打印、游戏操作等，使人们享受新一代广播带，来的无穷乐趣。

[1]DRM官方网站:http://www/drm.org,2004.

[2]李栋.数字声音广播[M].北京:北京广播学院出版社,2001.

[3]DREAM网站:http://drm.sourceforge.net,2005.

[4]Euro Telecommunications Standards Institute(ETSI)DRM 标准 .Digital Radio Mondiale(DRM)System Specification(ETSI) 201980,V1.2.2,2003-04.