中波DRM 数字调幅广播试验

2023-11-05黄杰伟

电视技术 2023年9期

黄杰伟

（广东省惠州中波转播台，广东惠州 516007）

0 引言

传统的中波广播工作在526.5 ～1 605.5 kHz频段，采用幅度调制（Amplitude Modulation，AM）方式，统称为调幅广播。调幅广播的频率特性及传输方式决定了其覆盖范围广，传输、接收成本低等诸多优点，从而到了广泛的应用[1]。但调幅广播也因带宽较窄，存在着业务单一、收听音质差、容易受干扰以及占用频率资源等缺点。随着互联网的高速发展，人们接收资讯的平台选择逐渐多样化，模拟广播的听众日益减少。因此，改变模拟中波广播的现状尤为迫切。随着世界数字广播联盟（Digital Radio Mondiale，DRM）提出并制定了DRM 数字调幅广播标准，已有许多个国家使用DRM 模式开展中波数字广播业务。DRM 数字广播既能保留传统模拟调幅广播优点，又能提升收听音质，还能提供数据、图文等信息传输服务[2]。为了验证DRM 广播的播出效果及模拟发射机数字化的可行性，广东省惠州中波转播台开展了本次试验。

1 DRM 数字广播技术简介

DRM 数字广播系统采用编码正交频分复用（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing，COFDM）技术。COFDM 是OFDM 与信道编码技术的结合，可以有效降低误码率。DRM 系统主要由源编码模块、复用模块、信道编码模块及正交频分复用模块等4 大模块组成，原理如图1 所示。

图1 DRM 系统原理图

通过图1 所示技术手段的处理，DRM 技术能够在中波调幅广播中实现数字信号的传输和广播。总之，DRM 技术是一种基于数字信号的调幅广播技术，通过采样、压缩、编码和调制等处理后将信号送入发射机系统发射出去，实现了音频信号的高效传输和优质广播[3]。

2 本次DRM 数字广播试验系统

本次试验主要完成发射机DRM 数字链路开通和外场信号覆盖测试，采用同一发射机、同一频率开展DRM 数字音频广播，与传统调幅广播进行收听效果及覆盖范围的对比测试。DRM 发端采用中国传媒大学自主研发的编码软件及调制器，发射机采用广东省惠州中波转播台现有的哈尔滨广播器材有限公司生产的GZ-G10K 型中波广播发射机，配合原有的调配网络、天馈线组成DRM 数字广播试验系统。系统的数字发射功率为3.5 kW，模拟发射功率为10 kW，铁塔高度120 m。试验系统连接如图2 所示。

图2 DRM 广播试验系统简图

2.1 发射机系统的选择

DRM 数字广播对发射机的性能有一定的要求。发射机需要满足一些指标，如群时延、噪声、带宽等，并且还要具备宽频带的输出匹配网络[4]。本次试验选择的哈尔滨广播器材有限公司GZ-G10K 型发射机具备以上条件。该发射机还自带了一块DRM 适配器板，取代了传统发射机中的模拟输入板、A/D转换板和频率合成器。适配器板能够实现模拟调幅广播、DRM 数字广播以及数模同播。切换至DRM数字音频广播模式时，只需配备DRM 信道编码系统和音频前端增加信源编码及复用器系统，即可从模拟广播转换为数字广播。试验前测试了发射机的各项指标均达到甲级标准，完全满足此次试验要求。

2.2 调配网络改造

相比传统的模拟中波调幅广播，DRM 数字广播对天调网络的参数要求更高。如通频带和带内平坦度这两个指标，对信号的覆盖和接收效果影响尤其明显[5]。惠州中波转播台是新建的台站，地网及周边电磁环境相对比较好。试验前，技术人员对原有天调网络进行测量，天线阻抗、网络带宽、带内平坦度等指标都符合需求，但回波损耗和驻波比指标还是没达到DRM 数字广播的最佳要求，通过改造调整后测得网络阻抗值为50 Ω±2 Ω，带通特性方面，在±5 kHz 以内，天馈线驻波比小于等于1.15，±10 kHz 以内，驻波比小于等于1.25；回波损耗方面，±5 kHz 以内不高于23.1 dB，±10 kHz 以内不高于19.1 dB。整个调配网络运行稳定、通频带宽，可以良好地适配数字中波发射的需求。

2.3 DRM 广播发端系统

DRM 发端系统由具体内容服务器和DRM 调制器构成。系统由中国传媒大学提供，发端平台是基于DRM 规范标准，在微软操作系统软件平台支持下的通用性应用系统。发端系统内嵌各作用模块的软件编码，分成编码复用模块、信道编码模块和OFDM 转化模块，最后送出DRM 基带数据信号给发射机。该发端软件界面整洁，在改变传送方式主要参数及调节编码配备时操作简易快捷。本次实验中，DRM 方式下传送的工作主要参数如下：健壮方式为A 保护方式；SDC 星座图为16QAM，MSC 星座图为64QAM_SM，系统带宽9 kHz，发送输出功率3.5 kW，QAM 交织方式为2 s 长交织。

2.4 接收设备

本次DRM 数字广播接收设备主要采用中国传媒大学提供的接收机和DRM 解码软件。接收机的主要任务是将射频信号转为12 kHz 中频信号，DRM 解码软件Dream 安装在微软操作系统的笔记本计算机上。接收机输出的中频信号送入笔记本计算机，DRM 解码软件负责解码并解调出音频。覆盖场强测试方面，使用宝盈科技MA969B 路测仪及附带的环形天线进行场强收测；AM 模拟收听效果测试使用德生普通调幅收音机，进行主观听觉评价。

3 场外覆盖收测

3.1 收测方案

为全面测试DRM 中波数字广播的播出覆盖效果并与模拟AM 广播进行数据比对，本次试验主要以定点接收的方式进行收测。根据惠州中波转播台的地理位置及实际情况，技术人员以发射台为中心，按照东西南北4 个方向提前规划4 条收测路线以及多个固定收测点。收测记录的数据包含客观收测数据和主观评测数据两大类。其中客观收测数据由仪器实际测试得出，主要数据是AM 广播模式下的场强值和DRM 模式下的场强值与信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）值；主观评测数据是收测人员根据收音机或者解调设备接收到的信号进行收听后，对收听音质及效果做出的主观评价打分。

3.2 收测内容

实际收测以发射台为中心，分别在东、南、西、北4 个方向直线距离5 km、10 km、15 km、20 km、25 km、30 km 处进行收测。接收并测量模拟AM、DRM 两种模式下的试验频率广播信号，记录模拟AM、DRM 两种模式下的场强数据及试验频率关机后的背景噪声场强数据，测量并分析记录模拟AM、DRM 两种模式下的信号频谱及试验频率关机后的背景噪声频谱，记录模拟AM 收听质量、DRM 接收信噪比以及解调收听质量。

3.3 收测结果

本次场外收测任务用4 天时间，累计行程1 200 km，共收集记录了测试数据200 多组，收测范围包括惠州市区、县区及乡镇等。对收测数据及现场收测情况进行分析，从覆盖效果看，发射机工作在DRM 广播模式平均功率3.5 kW 的状态下，信号覆盖范围可以达到10 kW 的模拟AM 调幅广播的覆盖范围。DRM 广播的这一优点在实际运行中可以大幅度降低台站的能耗。从收听质量来看，同样在良好接收情况下，DRM 数字广播的音质效果不亚于调频广播，接近光盘（Compact Disk，CD）的音质，而模拟AM 广播的音质效果较差，伴有杂音。在无法接收信号时，DRM 数字广播背景干净，没有杂音，传统AM 模拟广播在这种情况下有很刺耳的杂音。发射台其他频率的中波发射机分别开机正常播出的情况下对DRM 数字广播没有产生影响。