数字广播的创新方向和发射技术研究

2023-01-17杨胜杰

电视技术 2022年7期

杨胜杰

（深圳市广播电视技术中心，广东深圳 518000）

0 引言

数字广播发射技术是在传统广播技术的基础上通过一系列改革和创新后衍生出的一项新技术。新时代背景下，传统广播技术存在功能单一、安装维护复杂、兼容性较差、音质不纯净、易受干扰以及无法远程控制等问题，在一定程度上阻碍了广播技术的发展。为了有效解决这些问题，数字广播发射技术应运而生。如今，数字广播发射技术在各个领域得到了广泛应用，并取得了比较大的进步和成果。

1 数字广播的概念

数字广播一般是指基于数字状态，对数字化了的视频信号、音频信号及各种数据信号进行各种调制、编码、传输等处理。实际上，数字广播有别于传统意义上的幅度调制（Amplitude Modulation，AM）、频率调制（Fequency Modulation，FM）广播技术，其借助地面发射站，以发射数字信号的方式来实现数据资讯的传输及广播目的[1]。与FM、AM相比，数字广播具有如下优势：

（1）音质纯净，能够与CD 的音质相媲美；

（2）可用于便携、固定和移动收听，即使在快速移动状态下也可以达到较好的收听效果；

（3）具有较强的抗干扰能力和较好的收听效果；

（4）具有发射带宽使用充分、发射功率低等优点；

（5）除了音频节目，数字广播还能够提供数据服务和数字多媒体广播服务。

2 数字广播发展现状

2.1 数字广播发展历程

与传统AM、FM 广播技术进行对比可以发现，虽然数字广播仍需要依靠地面发射站来完成信号发射工作，然而其是对数字信号进行发射，以此实现数据资讯传输和广播的目的[2]。德国广播技术研究所于1980 年第一次提出数字广播技术的概念，选择了Eureka147 系统。该系统名称最初是欧洲国家组建的研究合作团体名称。数字信号广播起初是在该团体技术开发过程中衍生而来的一项技术，人们习惯性地称该项目为Eureka147 计划。随着近些年来的不断发展，Eureka147 计划开始日趋成熟，并颁布了一套系统、完善的数字广播技术标准，被称为Eureka147 标准，在世界范围内得到广泛应用。1994 年，国际电信联盟将Eureka147 标准定义为国际标准。如今，世界上共有超过30 个地区和国家进行了数字广播节目的开播或试播，并达到了预期的播放效果。

2.2 数字广播现状

信息化时代的发展，为数字广播技术的发展提供了保障。在Eureka147 标准下发展而来的数字多媒体广播技术开始在越来越多的领域得到应用。2006 年，欧洲电信标准研究所颁布了与数字广播相对应的多媒体视频业务技术标准。通常情况下，大众可以借助电脑、手机、车载接收终端、便携式接收终端等多种接收设备来随时收看数字多媒体节目。如今，越来越多的国家和地区所出台的政策并未允许数字广播参与到视频节目播出中，由于在人们日常使用中，传统FM 广播已打下了坚实的基础，这就使得数字广播技术在非实时推送式广播中得到了广泛应用。

虽然数字广播技术在我国起步比较晚，然而已经取得了比较良好的发展效果，且技术日趋成熟。2009年，北京悦龙数字广播传媒科技有限公司自主研发了基于数字广播技术发展而来的推送式广播技术，将传统实时广播拓展为非实时和实时兼容的一项新型广播服务，有效推动了数字广播技术的发展。

3 数字广播常见发射技术

3.1 数字调幅广播技术

随着数字化时代的发展，数字调幅广播技术成为提高广播覆盖范围的关键技术。其具有高速移动接收的优势，是其他数字传播媒体所不具备的一项优势[3]。因此数字调幅广播技术在数字广播中得到了广泛应用。数字调幅广播技术可使用已有的宽带与频率来完成数字广播工作，具有如下特点：

（1）在覆盖范围相同的条件下，数字调幅广播技术与其他数字传播媒体相比，具有更好的发射效率和更低的辐射功率，既可以降低能源的消耗，而且可以避免电磁污染；

（2）具有较强的抗干扰能力，进而提高数字广播效率；

（3）在带宽相同时，通过对数字信号处理、音频数据压缩技术的合理应用，可以有效提高传送音质的质量。同时，数字调幅波段信号传输具有较高的可靠性；

（4）支持模拟及数字信号的兼容传输，即所谓的同时播放；

（5）可以最大化利用现有频谱资源；

（6）数字调幅广播频率小于30 MHz，使得其具有非常强的穿透能力和绕射能力，而且具有比较广阔的覆盖范围，能够支持移动接收和便携接收。

3.2 数字音频广播技术

欧洲各国合作开发了数字音频广播技术（Digital Audio Broadcasting，DAB），于1995 年正式投入使用。该技术是继AM、FM 之后的第三代广播技术，而DAB+是该标准的升级版本。经过一系列的变革与创新后，数字音频广播技术过渡成数字多媒体广播技术，并被广泛应用于全世界范围内。

与传统广播技术进行对比可以发现，数字音频广播技术不管是在频率、技术的先进性方面，还是业务结构方面，均具备比较突出的特点，而且在信道编码、信源编码和调试方式上，数字化标准也得到了广泛应用。数字音频广播技术的具体优势如下：

（1）数字音频广播技术具有比较好的接收效果，不会受到用户所选接收方式的影响，无论是移动接收、固定接收，还是便携接收，均具有较高的接收质量[4]，而且在实际运行过程中不易受外界因素影响；

（2）数字音频广播技术可以满足各频段应用要求，在缺少大功率发射机的情况下，可以应用同步网，这样既可以有效降低发射功率，而且可以避免电磁污染现象的发生；

（3）数字音频广播技术具有无干扰、无杂音的特点，不管是用于便携收音机还是车载收音机，均可以实现无干扰和杂音影响，从而提高广播效果；

（4）在应用数字音频广播技术过程中，可以简单地输入“节目号数”就可以在接收机上获取相应的节目信息，无需烦琐地寻找频率，大大提高了用户的体验感；

（5）数字音频广播技术能够对接收机开展动态性操作，以确保接收机在各种地理位置和环境中均能够对信号进行动态调整，以期获取最佳信号状态，不仅操作简单便利，而且具有较高的灵活性。

与数字音频广播技术相比，DAB+技术实现了实质性的突破，并衍生出一系列的新功能，进一步提高了频道利用效率。例如，在传统频道内，DAB+技术支持MP3 格式文件的传输，是其独有的功能，这就使得该技术在数字广播中得到广泛应用。

3.3 HD-Radio

HD-Radio（FM）是在常规FM 信号基础上衍生的一组新的数字边带，其是正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）系统。实际上，HD-Radio 有扩展混合模式、混合模式以及全数字模式三种频谱分配模式[5]。

在混合模式中，HD-Radio 模拟信号的上、下边带均按照要求分别增加了约70 kHz 的数字边带，以此提高数字信号传输效率；在扩展混合模式中，数字边带可以有效扩展至FM 模拟信号，并且在其上、下边带均多出28 kHz 的数字边带；全数字模式下基本上被数字信号所取代，而且所采用的频谱分配方式未配备模拟信号，两边信道的传输功率比中间信道高很多。另外，HD-Radio 还包括无线数据+音频业务，曲名、字母及频道信息业务，体育、气象、交通等增值数据业务。因此，HD-Radio 技术在数字广播中得到了广泛应用。HD-Radio 技术还可以实现与FM 波段的同时联播，不仅可以实现以更低成本投入来实现对数据的有效传播，而且无需加入新的频谱，就可以播放多种节目。因此，在数字广播发展过程中，HD-Radio 具有多方面的优势，具体总结为下述3 个方面：

（1）投资成本更少，能够实现对附加业务的有效拓展；

（2）在一定程度上有效降低工作频率，进而提高室内接收效果；

（3）无需对新频率进行额外分配。

4 数字广播技术的常见问题

随着数字广播的发展，数字调幅广播技术和数字音频广播技术凭借自身优势，在数字广播中发挥着越来越重要的作用，因此应用范围不断扩大。随着时代的发展和人们生活水平的提高，受众对数字广播的发展提出了全新的要求，但是在实际应用过程中，由于各方面因素的影响，导致数字广播发射技术暴露出一些问题。

4.1 声道选择不合理，调幅广播信号差

与传统广播形式相比，数字广播技术的声音质量有了很大的改善和提高，但是数字调幅广播自身具有相对比较弱的信号，加之声道选择不合理，容易导致调幅广播信号差，不利于数字广播技术的发展。对数字音频广播技术系统设置进行分析发现，数字音频广播自身声音具备比较宽泛的比特率，就有不同的声音形式如单声道、双声道及立体声等，然而在对这些声道进行选择时，经常会出现“失灵”现象，导致许多声道并未得到科学、合理的应用。通常情况下，声道的设置可以使用，然而在实际操作阶段，并未达到预期的效果，不仅影响了听众的收听效果，而且还会阻碍数字广播技术的发展。

4.2 电台彼此转换速度较慢

在广播电台调整过程中，数字广播技术可以为听众提供更多的可选择范围。人们可以从网络中获取更多地方的电台信息，但是大多数受众选择了传统的广播形式，无法对广播进行有效接听，即使可以收听，但是由于电台信号比较差，导致收听效果不理想。在电台之间转换，会延长听众等待的时间，从而导致数字信号接收缓慢，不仅降低了频率的资源使用率，而且在信号接收时，一些电台会出现卡顿现象，在一定程度上降低了听众的收听效果。

4.3 数字广播传输费用较高

通常情况下，数字广播发射台建设需要投入比较高的成本。根据相关数据调查，一个数字广播基础网发射台建设过程需要投资大约500 万人民币，而每一台发射机每年所需要花费的运行费用占到了投资费用的20%左右，同时，一个中等的数字广播同步网需要配备大约20 个基础发射台。为了实现对节目数据信号的反馈和发射，还需要适当地增加成本投入。这样就导致数字广播传输费用较高，但是在成本回收渠道方面相对比较窄，更多地依赖网络广告来回收成本。但是以这样的状态，要想回收全部成本，需要花费比较长的时间，成本回收周期较长，不利于数字广播技术的发展。

5 数字广播技术未来的创新方向

为了更好地满足信息化时代的发展需求，需要结合实际情况，对现有的数字广播发射技术进行改革和创新。

5.1 创新数字广播发射关键技术

新时代背景下，为了更好地满足数字广播发射技术实际发展需求，需要结合实际情况做好关键技术创新工作。通常，数字广播发射要做好发送信息的数字化处理工作，并通过相应调制信号来实现信息的有效发送。因此，在进行数字广播发射关键技术创新过程中，最好从优化信号调制效果、提升信号数字化处理效率、创新信号发射技术三方面来着手，具体如下。

（1）信号调制效果一般会受到调制算法和相关设备工作性能的影响。为了避免上述影响的发生，信号调制最好与信号数字化处理工作互相协同，同步开展。

（2）在提升信号数字化处理效率过程中，既要做好现有技术设备升级工作，又要优化现有算法，只有实现上述要求，才可以更好地推动现有数字广播技术的发展。

（3）改革信号发射技术的关键在于提升信号的覆盖范围，并在此基础上确保高速状态下的信号接收效率。

5.2 构建数字广播发射技术核心系统

为了确保数字广播发射技术创新工作的顺利进行，需要相关设备和技术提供支撑，尤其是在信号数字化处理过程中，要不断提高设备的性能。虽然现有数字广播设备可以满足信号数字化处理的基本需求，然而在进行大量数据处理过程中，处理效果还有待提升。因此，为了有效改善上述问题，需要对现有数字广播核心设备进行改造和升级，及时更换那些无法满足性能需求的设备。

在数字广播核心设备升级和更换过程中，要加强对信息化系统的合理应用。信息化系统主要以计算机技术为核心，具有良好的数据交换能力和大数据智能分析处理能力，可以更好地发挥数字广播核心设备的性能，为数字广播的发展奠定良好基础。同时，在信息化系统的基础上构建数字广播发射技术核心系统，可以满足数字广播在信号调制和信号数字化处理方面的基本需求。此外，在构建数字广播发射技术核心系统过程中，还需要做好相关人员专业知识和技能培训工作，以此来提高他们的综合素养和技术能力，以期更好地推动数字广播的发展。