青島地區(qū)調(diào)頻數(shù)字廣播CDR數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的試點(diǎn)建設(shè)

摘?要：數(shù)字音頻廣播技術(shù)是繼調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）廣播后的第三代廣播技術(shù)，是廣播發(fā)射技術(shù)未來發(fā)展的方向。本文簡述了CDR的技術(shù)發(fā)展歷程、CDR使用的一些關(guān)鍵技術(shù)和特點(diǎn)，最后介紹了青島地區(qū)CDR數(shù)據(jù)傳輸試點(diǎn)的技術(shù)方案和場強(qiáng)收測數(shù)據(jù)，對CDR場強(qiáng)效果和音質(zhì)進(jìn)行了驗證評價。數(shù)字音頻廣播在現(xiàn)有的模擬調(diào)頻頻段復(fù)用數(shù)字信息，可以單向傳輸多種增值業(yè)務(wù)，例如高精度定位、EPG（Electronic Program Guide，電子節(jié)目指南）、應(yīng)急廣播信息等等，發(fā)展前景廣闊。

關(guān)鍵詞：CDR；數(shù)據(jù)傳輸

1 數(shù)字音頻廣播技術(shù)的發(fā)展

影響力較大的數(shù)字音頻廣播（digital audio broadcasting，DAB）技術(shù) 1980 年源于德國廣播技術(shù)研究所，在歐洲和北美使用廣泛。數(shù)字調(diào)幅廣播（digital radio mondiale，DRM）技術(shù) 1996 年源于法國。2004 年 DAB 向數(shù)字多媒體廣播（digital multimedia broadcasting，DMB）技術(shù)發(fā)展，提供高速移動環(huán)境下接收文字、圖片、音視頻等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

中國數(shù)字調(diào)頻廣播 (China digital radio，CDR) 是國家廣電總局主持研發(fā)的，具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的移動多媒體廣播技術(shù)。CDR 技術(shù)在 FM 原有頻段上同時傳播數(shù)字信號，并將數(shù)字信號和模擬信號同頻混疊，不占用額外帶寬，有利于模擬廣播向數(shù)字廣播的平滑過渡。

2 數(shù)字音頻廣播的優(yōu)缺點(diǎn)

數(shù)字音頻廣播是從傳統(tǒng)模擬制式向現(xiàn)代數(shù)字化通信廣播技術(shù)演變而出現(xiàn)的一種廣播技術(shù)，是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，采用先進(jìn)的音頻數(shù)字編碼、數(shù)據(jù)壓縮、糾錯編碼以及數(shù)字調(diào)制、傳輸技術(shù)，對廣播信號進(jìn)行全面數(shù)字化處理的廣播系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)的模擬技術(shù)廣播，在現(xiàn)有同樣的頻率資源下，數(shù)字廣播技術(shù)可以提供內(nèi)容更多、形式更豐富的業(yè)務(wù)，而且服務(wù)質(zhì)量和用戶感受也將有更大的提升。兩者區(qū)別見表 1。

3 CDR使用的技術(shù)

3.1 信源編碼

信源編碼將模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，提高傳輸?shù)挠行?，減少碼率，降低傳輸速率。

DRA（Digital Rise Audio）是我國具備自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字音頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。基于人耳聽覺特性進(jìn)行編碼壓縮，支持立體聲和環(huán)繞聲。DRA 同時也是國際藍(lán)光光盤協(xié)會音頻標(biāo)準(zhǔn)。

CDR 中使用 DRA+ 音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，是 DRA 的低碼率擴(kuò)展版。輸入信號的標(biāo)準(zhǔn)采樣率范圍是 16~96 kHz，輸出碼率范圍是 16~384 kbit/s，編碼參數(shù)可調(diào)，在調(diào)頻信道內(nèi)可傳輸多路立體聲節(jié)目或一路 5.1 環(huán)繞聲節(jié)目，并保持較好的主觀聲音質(zhì)量。DRA+ 能夠提供立體聲和環(huán)繞聲兩種分層編碼模式，兼顧了數(shù)字調(diào)頻廣播的應(yīng)用范圍和廣播音質(zhì)。

3.2 信道編碼

在傳輸數(shù)據(jù)時，因噪聲等因素干擾，在接收端出現(xiàn)數(shù)據(jù)接收錯誤。因此在調(diào)制前對數(shù)字信號進(jìn)行信道編碼，接收端通過計算，找出錯誤的位置，取反糾正，得到正確信號。信道編碼會增加數(shù)據(jù)傳輸量。

CDR 中使用 LDPC（Low Density Parity Check，低密度校驗碼），是一種基于隨機(jī)編碼和迭代譯碼的新一代高效信道編碼技術(shù)。LDPC 碼有兩種譯碼算法，硬判決算法和概率譯碼軟判決算法，在軟判決算法下，提供解決香農(nóng)限的糾錯性能。LDPC 具有解碼器結(jié)構(gòu)簡單，適合 OFDM 高速解碼，在移動通信、DTMB 等數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

3.3 多載波OFDM（正交頻分復(fù)用）調(diào)制

OFDM 通過頻分復(fù)用實(shí)現(xiàn)高速串行數(shù)據(jù)的并行傳輸 , 它具有較好的抗多徑衰落的能力。OFDM 將信道分成若干子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個子信道上進(jìn)行傳輸。OFDM 系統(tǒng)一個主要優(yōu)點(diǎn)是，正交的子載波可以利用快速傅利葉變換（FFT/IFFT）實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)。

為了消除多徑所造成的符號間干擾，在 OFDM 系統(tǒng)發(fā)射端可加入保護(hù)間隔，保護(hù)間隔通常用循環(huán)前綴（有時還可插入循環(huán)后綴）來填充，否則空白部分會破壞子載波的正交性，引起載波間干擾。循環(huán)前綴的長度應(yīng)大于多徑時延的 4 倍以上，城市信道時延擴(kuò)展為 0.78 μs，鄉(xiāng)村為 0.43 μs，障礙物的時延為 5.1 μs，因此循環(huán)前綴的最大長度至少為 20.4 μs（5.1×4）。

對于需要大范圍覆蓋的地區(qū)和密集的城市地區(qū)覆蓋，可以利用 OFDM 的抗干擾特性，建立廣播單頻網(wǎng)運(yùn)行。這要求多個發(fā)射機(jī)在時間和頻率上保持精確一致，若發(fā)射機(jī)距離較遠(yuǎn)，所收到的信號時延較大，就要增加保護(hù)間隔。一般單頻網(wǎng)設(shè)計為循環(huán)前綴的 1.2 倍，距離 50 千米時為 139 μs，一般單頻網(wǎng)應(yīng)大于 139 μs 以滿足覆蓋要求。

3.4 符號周期（子載波間隔）的設(shè)定

由表 4 可以計算，OFDM 的符號周期長度應(yīng)大于 256.4 μs。當(dāng)接收機(jī)在高速移動接收時，多普勒頻移會破壞子載波間的正交性，為減少影響，其在 108 MHz、 300 km/h、相關(guān)度 0.5 的相干時間為 6 ms。因此 OFDM 的符號周期取值為 256.4 μs 至 6 ms 之間。

4 CDR的特點(diǎn)

4.1 多種模式適應(yīng)不同的應(yīng)用場景

CDR 傳輸共有三種模式，傳輸模式 1 用于大范圍組網(wǎng)、大面積覆蓋；傳輸模式 2 用于高速移動接收；傳輸模式 3 用于高速率傳輸。

4.2 多種頻譜配置

（1）純數(shù)字模式：頻譜模式 1 和頻譜模式 2。

（2）數(shù)字頻率不連續(xù)（模數(shù)同發(fā)模式）：頻譜模式 9/10、22/23。

4.3 音頻編碼采用DRA低碼率擴(kuò)展版本（DRA+）

DRA+ 相比 DRA 增加了頻帶復(fù)制、參數(shù)立體聲和分層模塊等增強(qiáng)技術(shù)，音頻輸出碼率范圍可以從 16 kbit/s 到 384 kbit/s，如果帶寬允許，可以傳輸多路立體聲節(jié)目或一套環(huán)繞聲節(jié)目。

5 CDR發(fā)射機(jī)部署

發(fā)射臺站位于青島市太平山 1 號，東經(jīng)120° 20′ 58″，北緯 36° 4′ 7″ ，海拔高度 116 m，天線高度 150 m，天線增益 6 dB。

發(fā)射機(jī)品牌為 GATESAIR，模擬功放模塊發(fā)射功率 6.4 kW。功放模塊在 FM 模擬工作方式時，工作在 C 類放大保證效率；在 FM+CDR 數(shù)模混播時，工作在 AB 類放大保證線性。主要工作參數(shù)如下所述。

（1）模數(shù)功率比：-14 dB，即數(shù)字功率低于模擬功率 14 dB。

（2）傳輸模式：傳輸模式 1。

（3）頻譜模式：頻譜模式 9。

6 單發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送端系統(tǒng)圖

7 單發(fā)射機(jī)CDR性能測試

（1）目的：驗證 CDR 場強(qiáng)效果和主觀音質(zhì)評價。

（2）方法：定點(diǎn)測試與移動接收測試相結(jié)合。

   1）定點(diǎn)測試

      ● 使用 10 m 和 4 m 天線測試調(diào)頻和數(shù)字信號場強(qiáng)、誤碼率等信息。

   2）根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計移動接收測試路線

      ● 選取放射和環(huán)路兩大類。

      ● 深槽路段、山體周邊。

      ● 建筑密集區(qū)的主干道作為移動接收測試的重點(diǎn)。

（3）數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)示意圖

（4）收測數(shù)據(jù)及主觀評價

頻譜圖對比，89.7 MHz 為含 CDR 的數(shù)模同播發(fā)射機(jī)接收頻譜，107.6 MHz 為普通模擬發(fā)射機(jī)。

圖5 上側(cè)為89.7 MHz（CDR），下側(cè)為107.6 MHz

場強(qiáng)收測儀器為 Navigator100 測試儀。

圖6 場強(qiáng)圖（FM89.7 MHz）

主觀評價：櫸林山 FM89.7 MHz 發(fā)射信號的模擬頻段在市區(qū)整體覆蓋良好，部分黃色路段因市區(qū)高樓遮擋，影響了收聽效果。數(shù)字頻段在浮山南側(cè)、浮山東側(cè)、老虎山東側(cè)、老虎山北側(cè)、星河灣北側(cè)受浮山山地影響或高樓遮擋，覆蓋效果較差，市區(qū)其他路段信號良好。

8 結(jié)語

數(shù)字音頻廣播在現(xiàn)有的模擬調(diào)頻頻段復(fù)用數(shù)字信息，可以單向傳輸多種增值業(yè)務(wù)，例如高音質(zhì)廣播收聽、高精度定位、EPG（Electronic Program Guide，電子節(jié)目指南）、應(yīng)急廣播信息等等，發(fā)展前景廣闊。青島地區(qū)調(diào)頻數(shù)字廣播數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的試點(diǎn)建設(shè)，既保證傳統(tǒng)廣播向數(shù)字廣播平穩(wěn)過度，也為后期開展各種增值業(yè)務(wù)提供了平臺。

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(注：本文轉(zhuǎn)載自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年10月期)