（通信与信息系统专业论文）am广播的数字化方案设计和试验数据分析.pdf

摘要 论文酋先豌裂介绍了数字熊广播一d 眦系统的原理和关键技术，针对其对 发财枫韵穗能要求，提出对现有酾模极谪幅中波发射机的数字化改造方案。方案 以题蘸慝内广泛馊爆酶h a r r i sd x l o 中波发射撬为凝予，通过镁成本霉瑟麓单熬 电路改动，构造d r m 广播传输链路和接收系统，实现从模拟向数字广播过渡的数 字纯发射平台。 为了验证d i e m 系统和数字化方案良好的系统袭现，摸索频率选择、抗干扰及 蚤嬲参数设嚣翁经验，2 0 0 3 年i 鼹在豫海遴行了数字勰，“撵麴蕊场试验。试验 分别对d r m 系统广播的覆盏情况、数模同措、同频和邻频干扰及移动、便携祁室 两校竣等鞠方面与模掇嘲广播对诧，得穗发射功率、最小可焉场强、辩额输入 电平、信哚比积千拽保护比等关键数据。论文通过试验数握分专斤，得出枢关能 d r 耕系统性能表现评价和骄设计的栅广播数字化敷射方案可靠性评价等结论。 最后，根据模拟潺幅拨瓣槛约数字纯方赛帮试验数援，推溅隧产中波发翳梃 也可通过简单的改造发射d r m 信号的设想，提出下步的试验计划和建议。推动 d r m 系绞奁蔽謇懿建臻，鼷氍实现模毂谖蠖广搔彝数字广矮麓乎潘过渡。 关键逶：黼，广播，d 翻系统，数字纯方鬃，现场试验 d e s i g n o ft h ed i g i t a la m b r o a d c a s t i n gs c h e m e a n dt h ed a t a a n a l y s i s o ft h ef i e l dt r i a l s c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m c h e nx u a n w e i s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o r n i j i a n g q u n a n d q i o n g y i n g e n a b s t r a e t t h ep a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e st h eb a s i ct h e o r ya n dk e yt e c h n i c a lf e a t u r e so ft h ed i g i t a l p a d bm o n d i a l e ( d r m ) s y s t e m a c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so ft h e t r a n s m i t t e r ，ad i g i t a ls c h e m ei sp r e s e n t e dt oc o n v e r tt h ee x i s t i n gt r a n s m i t t e ri n t ot h e d r m 。t h i ss c h e m eu s e st h e 毛a r r i s 转x 一1 0m e d i u m - w a v et r a n s m i t t e lo n eo ft h em o s t p o p u l a ri n s t r u m e n t si nt h i sf i e l d a sa ne x a m p l et oc o n s t r u c tt h ed r m t r a n s m i s s i o n a n dr e c e p t i o ns y s t e m b yt h i sw a yw i t hl o wc o s ta n ds m a l lm o d i f i c a t i o no fc i r c u i t c o n f i g u r a t i o n at r a n s i t i o nd i g i t a lt r a n s m i s s i o np l a t f o r mi sa c h i e v e df r o ma n a i o g u et o d i g i t a l i no r d e rt op r o v et h eo u t s t a n d i n gp e r f o r m a n c eo ft h ed r ms y s t e ma n dt h ed i g i t a l s c h e m e ；g a i nt h ee x p e r i e n c eo f t h ep a r a m e t e r ss e t u ps u c ha sf r e q u e n c ys e l e c t i o n ，a n t i i n t e r f e r e n c e 、w ed i dt h ed r i v lf i e l dt r i a l si nn o v e m h e r2 0 0 3 b yc o m p a r i n gd r v l w i t ht r a d i t i o n a ia n a l o g u es y s t e mi nt h ec o v e r a g ea r e a ，s i m u l c a s t ，c o - a d j a c e n tc h a n n e l i n t e r t e f e n c e ，m o b i l e - p o r t a b l e i n d o o rr e c e p t i o n ，w eg o tt h ek e yp a r a m e t e r sd a t as u c h a st r a n s m i s s i o np o w e r , m i n i m u mu s a b l ef i e l ds t r e n g t h s ，娅l e v e l ，s n ra n dp r o t e c t i o n r a t i o s w bg o tt h ee v a l u a t i o no ft h ed r ms y s t e ma n dp r o v e dt h er e l i a b i l i t y o f p r o p o s e dd i g i t a lb r o a d c a s t i n gs c h e m eb y t h ed a t aa n a l y s i s f i n a l l y ，b a s e d o nt h er e s u l tf r o mt h ef i e l dt e s t ，w ei n d i c a t et h a tt h et r a n s m i t t e r s m a n u f a c t u r e db yc h i n as h o u l db ea b l et oc o n v e r ti n t ot h ed r m 。w ep r o v i d et h e s u g g e s t i o n sa n daf u t u r et e s tp l a nt op r o m o t et h ed r ms y s t e ma p p l i c a t i o ni nc h i n a ， s p e e du p as m o o t ht r a n s i t i o nf r o m a n a l o g u e a mb r o a d c a s t i n gt ot h e d i g i t a l b r o a d c a s t i n g 。 k e y w o r d s ：a m b r o a d c a s t i n g d r m d i g i t a ls c h e m e f i e l dt r i a l s i l a mr 。捷豹数学纯方寰设谤秘试验散攮势辑 第 章蘸言 1 1 赋广播的数字纯 l 。1 1a m 广撵夔舞变与凌状 a m 广播作为第一代广播技术，一直被馓界各国作为主要的信息传播的技术 手段之一。宅自1 9 2 0 年在茭国戡观以来，囊今已走过8 0 多年的历程。从1 9 2 5 年b b c 采用中波作为主甏覆益手段爨2 0 0 1 年6 罔3 0 疆，全球开攒历史鳆长盼 b b c 缀波广撵停播“3 ，a 矾广播经历了由盛至衰瓣过纛。 删广播由盛至衰的黛黉原因是其技术横式已不道应现代条件下人们对广播 服务的需求。相对调频丽言，a m 广播的信号不稳定，声音质最麓，抗干扰能力 弱，姆澍楚在离楼拣立懿城常中犊浚困难，室内数氍效暴缀不理想。这垡溷素都 构成了姗广播的致命伤。目前在中国的各省市，特别是经济条件较好的城市， 调频立索 = 声爱a 餐静圭黧浚褥方式，焉中、短波靛接牧久臻越采越少，一些接较 机甚至不再掇供中、短波接收功能。 但娴广播的传播躐惑远，鬻盖范围大，发射设磐成本低，接收规簿肇，髫 掊低潦等突粥优点和特点又蹙葵稳“播制式所不矮餐的。 凝潮l 鼋，“掭事业经过5 0 多年鞠发展，已建成杰中、短波，“褥、澜频j 4 1 播、 有线广播和曩耀广播组成的广播传输覆盖体系。就目前而言，中、短波仍是我国 广播主要的最经济的手暾。截至2 0 0 2 年底，金圈共有中、短波发射台7 5 8 鹰， 实骏裔4 3 6 磁”，广播戆大莲积覆盖锯强中、短波为主。 目前中波广播是按照中波同步广播来谶行规划晌。由于技术的限制，勰广1 接黪笈嚣传瓣系统粟舔黪怒传绫瓣摸投稿号处毽褪传浚技术。 l 。l ，2 越广播系统需饕数字化 当今登界已进入到一个崭辩的数字时代，数字彼术正深刻媳改变蕾夫们的 传统理念、生活方式和王俸方式，也l 薹深层次她影嘲蓉黄统兹嫘搭业。凝技术静 应用使传统的a m 厂播受到极大的冲击。与高速发展的计算机、航天航空、通信、 a m 广撵瓣数字纯方案设计耪试验数搦静耩 互联网等技术领域相比，删广播的传输节鞠单一，融于电离层变化湖皴率选择 性衰落褥赫受固有传输的于虢、收听声音质鼙不简以及愈演愈烈瓣频潜过度占用 等问题，正面临其它数字媒体手段的巨大挑战，听众数量下降。 聪对务耱凝茨广援铡式鼹竞争，模攒蛾广潦处予明显蕊劣势她位，诲多重 家正邋渐减少中波广播。为摆脱圈境，国内外的广撩研究祝构，努力寻求新的途 径，德碰波段，。摇获褥耘生。将璃有豹模掇旗广臻送雩亍鼗字傀改逑，戆一条必 由之路。 a 拱广援的数字化，可以使声音质量褥到盟糙静改善，吸弓| 孵众。此辨，数 字化麓，可以邋过传输附加数据，例如电台名称釉替换频率，可使缓收枫的揉作 变褥简单容易。 从能量的利用来看，现今中短波广播发射机功率都很大，潺行费用高。但 删发射功率中的很大一郝分蹩瘸于载波的( 例如，当平均调幅痰m = 0 3 瓣，载 波功率占发射总功率的9 5 7 3 。) ，对信号本囊完全没有好处。 跌频率瓷源瓣弱蘧寒篱，3 0 n f z 以下的广攒波段鸯其特有黪性憩，它麓实瑰 远距离和大范围的覆盖，是实现地区性、全图性及国际性广播覆盏的最好手段之 一，两且它的爨好的快速移动接收特性是其它数字传播媒体掰不棚比的。因此， 其它众多媒体钓数字 皂莠不髓代警勰广播静数字讫。 模缀勰广捧数字纯对爨众、，疆穰擒翻发黪每搂狡设冬割逡巍帮会带来好 处：酋先，对于听众来说，除了得到良好的声啬质鬣和接收机使用简单方便外， 还可以得到如文本等五彩缤纷的数据业务的服务；对予广播机构来说，在振兴调 幅波段广播的阉时，数字广罐可戳有增值业务，其有节约发麓功率鞠节鲍频谱的 能力，可以说魁既有显著的社会效盏又有显簧的经济效益；对于设簧制造髓蔼言， 数字化可以带来新的市场梳退，新市场的开辟会有良好的投资圈嘏。 i 。1 3 勰广瓣系统酌数学凭发鼹 援然当 ；苕广播电视的焦点主黉集中在数字邀褫她嚣广援标凇豹镄定， 旦与 此同时，数字脯广播系统闰际标准的制定工作目前也正在紧张的进行当中。 a m 广播的数字纯方鬟设计和试彀数据分橱 勰广撵楚髓赛惶觞广 骜，尤其是中、短波疆，僚瘸统一的拣凇，并避嚣 世界统一的频率规划和分配是必要的。这样做既保障有良好的“空中”秩序，又 拥有广大的听众。 为了逡器会逶豹、绫一豹数字熊系绫，1 9 9 8 年3 麓在中曩广州成立了数字 删广播的幽际组织d r m ( d i g i t a lr a d i om o n d i a l e ) 联盟。 d r m 联盟的目标是开发3 0 m h z 以下数字长、中、短波广播的世界范围的标准， 并提供一个系绕建议，供i t uj 鼗行拣准佬。经过紧张工传，d r m 爨出了系统建议， 并于2 0 0 1 年4 月在i t u 作为正式的建泌书而获得通过。d r m 系统在2 0 0 1 年1 0 冀被e t s i 栎准纯，莠在2 0 0 2 年3 月经i e c 遥避，秘粼系统矮蕊正式生效。2 0 0 3 年6 月召开的溅界无线电行政大会( w r c - 0 3 ) 正式通过允许世界广播组织采用数 字a m ( 秘黼) 方式播出节疆，为麟波袋j 播的数字诧铺平了道鼹。 d 焱并不撼自己当佟d a b 瓣竞争对手，丽是作为一个可以和d a b 互为比较的 补充系统。d 赋传输技术是非专利的，可以开发调幅波段的传播饶势，御如，大 灌嚣覆蕊秘长距离覆蓑，这鳖怒d a b 豹发射频枣簇不麓达爨懿。添_ 嚣它裁镦到楚 经济、慰高效的服务。许多广播公司，制造商和网络公司，不仪踊跃投身到d a b 的抟输黻务，鬻辩毽靛激怒d r m 豹残曩之。 相比传统的模拟a m 广播，d r m 广播有着无可比拟的优点和优势： 在保持相同覆盏的情况下，d a m 发努| 辘魄模拟调嗪发瓣枫的功率可降 低6 d b 以上“，降低能耗，撼高了发射机效率和经济效益：磷保持同铃 功率等级，信号的覆盖范围将得以极大的扩展； 器蓑提高娜波段僖号传送的音质，程缀持域商带宽9 k h z 的情况下， 利用音频数据聪缩技术和d s p 技术，可达到f 醯质鼙，始聚带宽加倍， 可达嗣固矮豢； 由于是数字信号的传输，避免了电离屡衰落和多径传输造成的干扰， 掇大增强了撬干魏筏力，礁绦了勰波段信号传送稳羧浚蕊爵靠淫； 从模拟到数字传输驰过渡能力强，易于微到模拟与数字信号传送兼容。 在传送广播够西的同时，能携带附加盼数描信息业务，扩蕊了服务肉 骞，增加了遗舡功能； a m 广播的数字化方案设计和试验数搬分析 对瑰有的中短滚广强发射毫睡t 可敬采焉数字髓广播技术主登行泼造，其改 造费用很低； 接收机采用自适应方式，方便接收。 可以篱出，拥有以上优点姻d i m 数字a m 广播系统，由于应用了最鞭技术， 令传统瞒广播懿痰涵与特点簿鬟了充分赘扩展，囊诧较赋予了薮弱黛玲，其冬 了应对其他领域挑战的能力。 d r m 系统是传统a m 。槽的出路与未来。 l 。2 崩广播数字讫改造耱试验鳇蚕的和意义 1 2 1 我邈推动d 雕系统的必要性与紧追性 我国具有幅员辽阔的国二i = ，把声音广播传送列千家万户，满足人们日益增长 的文化需求的任务，对我国的广播覆盖提出了缀商的要求。我国改革开放的巨大 或就，入铜生活隶乎豹不叛撬离，为我 j 采爱数字广播毅技本奠定了携凌基硝， 为勰广攒大发展带来了梳遇。 我图的厂播电视无线传输覆盖包括卫星传输覆盖，微波地面传输，中、短波 发射覆蠡，电视调频发射覆蓣以及未来的直播卫耀覆盖和双向的数字电视、数字 音频( 多嫩 奉) 地露覆盖。它楚一个强大的媳空广播电视无线覆盖鞠实验系统， 是我国广撩窀程“十五”怒矧必须建成静“瑟傀三系统一平台”懿羹娶缰成5 1 。 随褡科学技术的不断进步，各种广播电视的传送手段都在向前发展。在现阶 段，它们都具有各自的特点与优势，同时，它们之间又形成了优势上的互补。它 们之间的关系应是互补和相互依存的关系，谁也都还替代不了谁。即使是在数字 广撵时代，中波菝率餐是广攘攫盖最经济、最镣戆猿段。纛浚多秘方式潆求信号 的最佳覆盏效果，是所有广撵电视工作者所为之努力的。 虽然在我国的城市中中波的收听人群在逐步减少，但农利和偏远地区的+ 播 接收是以r p 波为主。我围广播的大面积覆盖仍然依靠中、短波。可以说，搞好中 波台节瓣、傲好中波信号传簸覆盖效果是一项政治 壬务，也是广播电视工搀者神 圣匏责任。d r m 广撵由于改蓉了收听覆量，著可键供数据增值骚务，潮藤大大提 高了a m 广播的市场竞争力，它是a m 广播今后发展的必然趋势。我酬应甲日推进 4 a m 广播的数字化方案设计和试验数据分析 d r m 系统，良更好蘧满是蘸众的鬻求，更好逢完成党赋予懿“把党帮瓣家瓣声音 传入千家万户，让中国的声音走向世界各地”的恿疆任务， 1 2 2 广米省进行a m 广播数字化试验的条件与优势 广东广撵龟援技术中心卡分注重蹑踪藿秀发达邋家在鼗字蕾霉舔声誉j 。_ 疆方 面的研究和试验。早在2 0 0 3 年3 月，我们就在广东进行了d 跚试验的可行性研 究和准备工作o 。 广东销往发展数字广播方漪一直走在全国的最黼列，并由此积累了宝贵的经 验。1 9 9 4 年，数字音频j “溪d a b 奁广零壤由燕式链开灌幕。3 。1 9 9 8 年3 其， 世界上= 十多个国家的广播组织在广东广州睚式成立d r m 广播缎织。2 0 0 3 年1 月，全国广播工作会泌在广东广州召开，会议上提出2 0 0 3 年是中国广 播发展年。广播在经历了漫漫寒冬以后，又在广东发出了春回大地的宣言。 由此可觅，广播发展的历史魂遇多次降姨广寒，广东的广播电视王 睾考亦不 辱佼命，把握裰会，出琶魂完成各矮任务，为筏莺静广搔事监发矮作密了巨 大贡献。 作为经济与信息大省、强省，广东能为d r m 系统的测试及推广掇供充足的经 济与市场保障。广东目前已在d a b 项目上形成产业价值链的基础，在j “播数 字纯、产、盈纯主具餐了蓑缝省市蜃不爵遨颧蕊毯势。鼗字广疆麓方寨霹努襄 实施，先做好d p j d 系统的测试平台。再建立d r mj “播的传输平台，以尽快改 善广东在大城市条件下的中短波广播的收听澈果。同时结合d a b 、d m b 传输 平台，在广播基本业务和增值服务上大力拓媵。 广东的邋理条 孛多样技，为d r m 系统测试提供不弱静溺斌环境。广东疆有臻 篷三怒洲平原，又有粤j e 由区，硝、深圳、佛由、珠海等现代化城市高楼 林立，省内高速公路网纵横交错，地铁建设如火如荼。地理条件的多样性和 交通的便利性确保了d r m 系统试验的全面、权威和代表性。 l 。2 。3 d 粼试验装意义与效熬 科技进步和创新是广播影褫救可持续发展不满的源泉和动力。试验顺应了广 播的发展趋势，为我国的广播影视科技水平尽快赶上世界先进水平提供了有 a m 广播的数字化方案设计和试验数摧分析 力的技术支祷。 试验项目具有通用性和实用价值，既为我国推进d r m 广播积累第一手的资料 与数据，又为全国中波台今后发展d r m 广播时对现有发射设备的戴新改造提 供了塞贵经验。 社会效羹上为提轰笈袈承平，浚善声音矮霎：，扩大覆盖蕊嚣，鬟好逡撼竟彝 国家的声音传到予家万户开创了新局面。 经济效益上为中波电台提高服务水平，扩大业务范围，增加造觑功能，提升 中波广播的市场竞争力探索了新路子。 试验项强符合我国广播奄褫“嚣讫三系统一平台”鹣“十五”翘划，是更好 逮发撵广播电视喉舌功熊、恕广播电程事照假强、骰大酶实蔑表蠛。 1 3 课题研究的主要内容 瓤广撵数字亿方案设诗 利用现有的模拟中波发射机，经过简单的电路改造，构造数字a m 传输链路， 搭建起a m 广播的数字化发射平台进行d r m 信号的发射。此外，通过数字广播发 射的各个方蕊豹试验，分丰厅处理获褥的试验数掇，进行系统评份。 覆藏试验 在相同覆盖面积的情况下，d r m 信号的发射功率低于模拟发射所需的功率， 降低功率的具体数值是随饕传播条件和d r m 传播模式的变化而变化的希望通过 试验数攒缮出其薅戆酶低多少功率。在稳目发羹雩功率瓣薅况下，d r m 系统魄棱叛 条件下薅盏范围大，试验通过对最小可用场强的磷究进行模毅和数字覆盖的对 比。 同播试验 数字熊信号帮模瓠信号在潮一信道中传输，翅旃合理安搀频带秘保护电平， 使数字信号不对模拟信号产生干扰。同时，只要数字信号超过一定的门限值并有 足够的信噪比进行低误码率的解调和解码模拟信号电不会对数字信号产生影 a m 广播嚣数字纯方絮设诗稠试验数据势辑 响。保护比、门限和频带安排是今后在过渡期内的熏疆参数。 裁颏予撬羁邻频于撬 两个数字信号在同一信道中传输时，欲收信号解码所需的保护比。当d r m 信号在模拟信号的邻频传输时，若d r m 葶模拟信号的相对电平符合要求的保护 魄，d r v | 信号就可蕊在王冕禳缀信号占嗣稼道邻近虢信邋中。丽数字信号为了餐列 满意的接收效粜，其电平也必须达到最小的保护比，这样邻频模拟信号才不会对 该信号产生干扰。数字信号干扰模拟信号，模拟信号干扰数字信号，数字信号自 舞干撬的傈护院的研究。 移动、便携和室内接收试验 理论显示，d 憨藩号不像琢来鲍接熬传竣系统，密易受建筑谚及其它窀磁波 的干扰而影响接收效果8 1 ，在移动的车内和室内也能良好的接收，能提供充足的 信噪比用于信号解调。上述三种条件的系统测试也题研究的内容之一。 a m 广播的数字他方案设计和试验数据分析 第2 章d r m 系统的原理和技术关键 2 1 d p , m 系统概述 d r m 发射系统的构成。1 如图2 1 1 所示。从原理上说，它与数字音频j 播 ( d a b ) 有根多相似的地方。阁2 1 1 从左到右描述了不同类型的信息( 音频和 鼗撂) 麸缡鹳虱发耪辍谲潮嚣戆d r m 售号形戒毂一般渡程。 臣卜_ 单元 映射 器 围叵h 翌 网f 恫“ 信息瓶程 鹭2 。l + ld r m 发袈系绞梅裁方块澄 有两种类型的基本输入信息：一种是已编码的音频和数据，复合在m u x ( 主 业务复用器) 上形成m s c ( 主业务信道) ；另外一种是不经过m u x 的信息形成信 道f a c ( 快速寻址信道) 和s ( 业务描述信道) 。 音频源编码器和数据预濑鹳器酶俸瑁是确傈输入数据漉变为会邋的数字传 输格式。它们的输出在后继的信道编码器中需要不同的保护等级( 高保护和一般 保护) 的保护。所有业务都必须利用这两种保护溅其中的一种。 q a m 广播的数字化方案设计和试验数据分析 复用器( m i j x ) 的作用是以所定义的格式在比特流的帧结构中组合了不同保 护等级的全部数据和音频业务的信息。 能量扩散提供比特的可选互补的判定，目的是为了降低传输信号由于系统模 型和码流结构等造成某些特定信号形式的可能性。它可以通过给定的伪随机二进 制序列来实现。能量扩散用于m s c 、f a c 和s d c 。 信道编码在传输信号中增加了冗余信息作为差错纠正方式保证准确传输，并 定义了数字编码信息对q a m 单元的映射。 单元交织将连续的q a m 单元在时问和频率上分离为一系列的伪随机单元，目 的是为了在时一频扩散信道上提供可靠传输。导频发生器通过与信号共同解调( 包 括相位信息) 使接收机获取信道状态信息。 o f d m 单元映射器收集不同的单元等级并将它们置于时间一频率栅格中。 o f d m 信号发生器在相同时问序中转换每个单元组为信号的时域表达式，包括 许多子载波。完整的时域o f d m 符号通过在时域插入周期反复的保护间隔获取。 调制器将数字o f d m 信号转换为表示相位幅度的模拟信号，在r f 子载波上 调制，通过发射机和天线发射。这操作包括频率上转换，数模转换以及按i t u r 频谱要求滤波等处理。 2 2 音频源编码 信源编码的任务主要是解决数据存储、交换、传输的有效性问题。即通过对 信源数据率的压缩，力求用最少的数据传递最大的信息量。在进行信源编码时， 既希望最大限度地降低码率，又希望尽可能不要对节目造成损伤，以便听不出数 据压缩的节目与原版节目的差别。二者是相矛盾的，只能根据不同节目的特点和 不同的需要折衷选择合适的压缩程度。 众所周知，数字音频信号的质量是由其数据率决定的，音频数据率越高，在 信道上传输的数据率也越高，所需的射频带宽也就越宽。d r m 系统规定使用与模 l o a m 广播的数字化方案设计和试舱数据分析 毅翎广播相同的信道带宽( 9 k i f z 或l o k h z ) ，提供用于数字音频信号的带宽也桶 应缀窄。在条传允诲的情况下，最多可以使用到加倍的带宽( 1 8 k h z 或2 0 k h z ) “。在这样窄的带宽限制下，为了得到好的声音信号质鬣，除了选择相应的信邋 缡羁穗滤裁方法熟，十分藿要故一点是选择据痊靛信源缡码方法，要求信源编码 的比特率为从8 k b s ( 半信道) 到2 0 k b s ( 标猴信道) 左右，最商约7 2 k b s ( 双 信遵) 。 国际上i f i p e g 组织迄今已经发布了m p 黼一l 、髓p e g 一2 鄹m p e g - 4 等不嗣的信源 编码标凇。不同的信源编码方法有不同的数据压缩效率和不同的声音信号质量， 逡曩予不弱筑场含。d 躞系绞必须选撂运缠效率蔫，露时又有好浆声音矮量的德 源编码方法。为在给定的比特率下提供更好的质量，d r m 系统使用了属于m p e g - 4 豹不同麓信源编码方案o ”，敬逶应在数字勰广疆孛不嗣节謦( 裔乐语善) 匏不 同带宽的需要： m p e g - 4 子集m c ( 先进音频编码) ，包括抗差错鲁棒性处理，用于普通单声 道稻立钵声广撵。 m p e g - 4 子集c e l p ( 码本激融线性预测) 语啻编码，用于单声道语音广播， 应用于很低的比特率，或者适合予在要求较高的抗差错鲁棒性的情况。 0 m p e g 一4 子袋h v x c ( 谐渡矢餐激靡缡鹳) 语音编礴，精于缀低篦褥率和抗纛 错兽棒性荤声道语音广播，特别适合于基于语音数据的应用。 阁2 。2 1 潦编褥醋 a m 广播的数字他方案设计和试验数_ i 分车斤 d 隧系统的源编码静适嗣选矮如图2 2 1 新示。所有这些选项，除了在图顶 部的a a c 立体声，都是设计用于目前3 0 m h z 以下声音广播的9 l o k h z 信道的。 除了上述的编码方法外，谯d r m 系统中还应用了频带恢复( s b r - - s p e c t r a l b a n dr e p li c a t i o n ) 技术，它楚一嵇在懿比特率憾掇下获褥完全音频带宽的音频 编码璜强方法( 工其) ，它可懿与a a c 和c e l p 联合应雳，构成基前黥力最强的压 缩方法“。仅a a c 本身效率已经比众所周知的m p 3 方法高出3 0 ，然而由于窄的 有限的带宽，仅使用a a c 是不够的。借助附加应用的s b r ，可以在保持同样高的 音频质爨的情提下，数据率逐可以再减低4 0 。遮榉就有可能传输数据率仅为 2 5 k b s 左右豹高级懿考凝信号，远不至li s d n 线貉熬1 3 。二。谴我熟比较一下； c d 的数据率是1 4 1 l k b s ，是2 5 k b s 的5 0 多倍。而m p 3 本身在可以接受的质量下， 也需要大约l o o k b s 的数据率。当节目是纯粹的语言内容时，例如新闻节目，在 d r m 系统中比特率甚至可以减低到l o k b s 2 k b s 。 掰谗s b r ，筵瑟言之是，不蒿传羧6 k h z 寝一芝靛频率莛垂戆啻凝数据，嚣逶 过产生6 k l t z 以上的谐波或“和声”来仿真，程解码端就可以得到1 5 k h z 的音频 带宽的胬频信号。s b r 可吼便门有的编码方法更有效，并在低的比特率情况下得 到明显改善的声音质量。传统的音频压缩算法在低的比特率时剪切辕了高音频部 分，信号氍起寒感觉沉涵。在音频数据压缩翦剩鼷s b r 分车厅音频馈号翦蠢音频裁 分，著将一些少量醛鸯霹信息( 孳 导信息) 陵蕊到纛缩豁信号中。在接收税中，有 s b r 能力的解码器从带有少爨附加信息的压缩的信号中重建高音频部分，并将其 再附加到“沉闷”的音频信号中。结果是音频信号主观感觉很好，音频带宽可达 1 5 k h z ，嘲仅需要2 2 2 5 k b s 的数据率“”。s b r 的原理如图2 。2 。2 掰示。 闰2 2 2s b r 原理阁 a m 广播的数字他方案设计和试验数据分析 信源缡玛传送静i 褥瀛传羧格式要变佬为遥台于d 聪系统酶要求。采臻不等 错误保护( u e p ) ，以便在有错谈倾向的传输信道中改善系统的性能。 2 。3 特朔信道的复震 如图2 3 i 所示，d r m 系统总共由三个信道组成：主业务信道( m s c ) ，快速 寻址信邋( f a c ) 和业务描述信道( s d c ) 。m s c 包括音频和数据业务。f a c 提供信 号带宽的信息翻其他这类参数，它也用于为了抉速扫撼的允许业务选撵信息。s d c 提供给接牧筏关于怎群对萌s e 媾弱，怎撵菠褒壤藏数据翡替代濠麓信息褪在复爰 中给出业务的属性。 图2 ，3 1 传输的超级帧的时一频位置图 主业务信道( m s c ) 包括d r m 多路复用中所能含的所有业务的数据。多路复 雳最多可以包括四年l ，韭务，任何一季孛都可以是啻灏或数据。m s c 总豹魄特率取决 予信邀带宽葶瑟正在往用静传输模式。在氍有德凝1 f ，它被分隔为4 0 0 m s 静颤。 快逋寻址信道( f a c ) 为接收机提供快速搜索的业务选择信息，包括接收机 能够有效地开始解复用的有关信道参数信息( 如频带占用和交织深腹) ，以及关 于多路复羽中的业务许可接收枕解复瑗或可替换频率和重薪搜索鲍僖想。f a c 结 鞫氇燕建立奁4 0 0 m s 鲸顿。信邀参数包含在每个f a c 蓣中。 业努描述信道( s d c ) 绘出怎样对m s c 解码怎样找到发射相同节目的替抉 a m 广播的数字化方案设计和试验数据分析 频率的信息包括复用描述，标记，条件接收，频率信息，频率袭信息，应用信 惠，逶告支持露转换，覆滚区域确议，瓣瓣帮墨麓信怠，奢频售怒，f a c 复制信 息和连接数据，以及多路复用中的业务归属。s d c 帧的周期是1 2 0 0 m s 。和递交这 些数据一样，事实上，s d c 周期遍箍入臻波形中，被利用于在替换频率闻髓够无 缝转换。 2 4 信道编码和调制 电波远距离传输会产生很强静干抗稻失真，入们需露能力强的数字音频压 缩方法和强壮的调制方法，可以有效地补偿传输麓错和传输中断。 在调幅波段，主要利翊天波嗣地波传播。而天波传播主要通过电离层对无线 电波的反射“。由图2 4 + 1 可以渣楚看出，如果发射的电波第一个路径只实理了 一次跳跃，而第二个路径赢到在接收机与第一个相遇共实现了两次跳跃，两个信 号之惩裁彩戏大弱眩延差。 鹭2 4 ，i 壤褰篷爱瓣澎或大的薅廷差 为有效对抗多径传输( 在天波传输中延时几个m s ) 和选择性衰落等信道影 嗡，在信邋编码方丽，d r m 系统氆灌d a b 帮d v b 一羊的经验，采碍约束长度为7 的 可删除卷积编码。，对传输的数据流实施等差错保护和不等差错保护。 d r m 系统使用c o f d m ( 编码正交额分艇用) 裔句多载波调制，d r m 信号采用多 层编码( m l c ) “。它组台了o f d m ( 正交频分复周) 和基予卷积编码的多级编码 ( m l c ) 。这两个主要部分通过单元交积和导向单元预备补充作为瞬时信道估计， 1 4 a m 广撵羲数字纯方案设诗苇 l 试验数据势辑 无论熄优先或平直，一起减轻短期衰落的影响。 通过对每一个信号的主要参数如保护间隔( 时延差不超过保护间隔的信号有 用) 和循环前缀长度的邋当选择，d r m 系统可以适应不同的信邋传输条件，并提 供尽霹缝裹匏青效璐率。羧波澜隔毒露，露爨褰售遂零l 震率，毽菝多营赣扩教豹 能鬃栩对较弱；保护间隔短，可以提高有效娼率和有效功率比，但可能会产生符 号间干扰( i s i ) 。考虑到d r m 广播所使用的不同频段的传输特性，d r m 共有四种 不同的传输模式，详见瀣2 4 1 。其中模式a 和模式b 是具脊蒋适性能的两种 传浚模式。模式a 有2 6 7 m s 款保护闯隔，载波闻疆为4 1 ，6 7 t l z ，特剐逶合予睦 渡帮中波；禳式b 有5 3 3 m s 静保护闯隔，4 8 。8 7 5 h z 豹载波闻黼翻铰密兹导频模 型“，如图2 4 2 所示，适合中、短波。模式c 和模式d 则适j 羊j 于更为恶劣的信 道条件。 表2 。4 ，id r m 撩簸模式 强度模式典溅传播条件 a 弱衰落的高斯信道 b 长延时扩散的时频可选倍道 c和模式b 同，但大的多曹勒扩敬 d靼攘式b 嗣，毽青严鬟延时和多普鞍扩敲 i ooo r l loo o i 厂、n 厂、厂、 ! l ，uuu i 0o0 时i 葡t h 一“ dr 0 数据 导簇 圈2 4 2d 跚模式b 的导频模型 时间相关的o f d m 符号参数以基本时域t ( 等于8 3 3 “s ) 的倍数表示1 。o f d m #il；，：，；，t o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o a m 广播的数字化方案设计和试验数据分析 符号分组形成持续时间为t f 的传输帧。每一个o f d m 符号的固定的单元数以预定 静疆凄稻穗位特输，以在释谲遭耧中爱侮参考。 在多载波系统( 2 0 0 多个载波) 每一个载波的调制方法，d r m 系统主受使用 6 4 q a m ( 正交幅度凋制) 和1 6 q a m “1 。d r m 的星鹰图和码率“7 1 见表2 4 2 。1 6 q a m 菝干拣貔力强一些，偿传输匏音矮蜜差一些。发射台可报攥传输条俘稻希凝达到 的质量来选择，而接收机可以自动识别发射机所使用的调制方式，进行相应的解 调。 表2 电2d r m 的星崖豳稻鹞率 信道星座图码率 |f a c40 a mo 。8 ls d e4 一1 6 一q a mo 5 0 5 0 6 2 ( 1 6 一q a m ) m s c1 6 一6 4 一o a m 0 。5 0 ；6 0 7 1 o 7 8 ( 6 4 - q a m ) 1 6 a m 广播的数字化方案设计和试验数据分析 第3 章a m 广播系统的数字化试验方案 3 1 试验计划 试验主要分为三个阶段 第一阶段集中在d r m 系统在我国的开路试验和系统测试，设计数字a m 方案， 发射d r m 信号。主要是证实d r m 系统的性能可靠和摸索在城市中传输的参数设置。 这阶段的试验主要使用经过技术改造的进口中波发射机。 第二阶段摸索我国现有的国产中波发射机数字化改造的途径，及通过不同的 接收设备接收d r m 信号的试验，反馈给接收机厂家改进产品，以大家可接受的价 格走向市场，推动d r m 的全面推广和使用。 第三阶段为试验数字a m 系统的长期表现和业务质量。 目前第一阶段的试验已经基本完成，第二阶段试验正在紧张准备中。本论文 主要根据第一阶段获得的试验数据进行分析。 时间。第一阶段的试验从2 0 0 3 年1 1 月1 7 日开始，美国h a r r i s 公司和厂东 广播电视技术中心联合在珠海9 0 9 台进行数字a m 试验，试验于1 1 月2 5 日 结束。 频率。试验采用h a r r i s 公司1 9 9 2 年生产的d x 1 0 中波发射机，使用原珠 海台的中波广播频率9 0 0 k h z 。 d r m 系统结构。 试验的d r m 系统结构示意图如图3 1 1 所示： a m 广播的数带化方案设计和试验数据分析 3 。2 发射机准备 3 2 1 发射机的性能要求 图3 ，1 ，1 勰m 系统结构 冀转换成数字广+ 播，其中一个最重要的问题就是需要对发射枫进行娥理。当 前使用的发射机并不是所有都可以升级到数字工作模式的，它取决于在指定的带 宽中谗多攀个d r n 载波所能传送鲍数字位数“”。一台发射掘如果想进行d r m 改造， 它必颡符合严格的带宽、群时延、噪声规范，并且具有宽频带的输出匮黼网络。 发射机必须具有宽的射频( r f ) 带宽和至少三倍d r m 信号带宽的音频( a f ) 带宽，一羧要求工佟于竟带类射频救大器，荠显露癸繇奄懿输密溺络。 发射机是高度线性的，调制器具有低延时的特点。群延时少于2 u s ，调制器 具有1 2 u s 的步遴时延调节功能。 发射机需具有很好的信噪比( s n r ) ，即使在低调制度下发射机也具有良好的 噪声曲线。 发射规需具有非常宽频带魏输出匹配网络。 a mj 一撩翦数字纯方寰设计藉试验数攥努耩 3 2 2 发射帆枫型的选辑 试验采用的是h a r r i sd x l o 全隔态1 0 k w 中波发辩税，改造成d 聪发射枫。 这是送为，敬蓉剜躲发麓辍，是h a r r i s 专潮豹数字嚼发调到发瓣槛，它馋为试 验机型有以下几个原因： 赣先，全搿镄多遵方郡漾矮h a r r i sd x 系咧菱蔚壤，因为它熬鹫及建，掰以 具有发射机升级成为d r m 的广泛代袭性。 其次，o x 发萋誊辍，怒篷赛土最謦遮熬簿串波发瓣提，可以在各秘环壤下 工作，包括沙漠、海边、商海拔地区和其他些极其恶劣的条件下，如窄带天线、 投离躐投低瀑艨、毫湿度绒考电力线不稳定等各秘条件。 缀重要的跫，除了可以良好工作于各种墩恶劣环境之外，这种发射机的设计 述藏磐于数字系绞“，圜毙，它够楚鼙荠量低成本圭| 骜舞级为发_ 鸯雩d 疆信琴。 d x 发射机不但提供窳带射频( r f ) 带宽而且提供宽带音频( a f ) 带宽，遂对 数字发辩怒尤其重瑟瓣。 宽带射频带宽：d x 发射机使用离效率的多级d 类射频放大器。每级放大器 闻鹣带遗滤波器为下级放大器把方滚转涣戒正弦波。h a r r i s 通过仔缀途择低毽 网络，把整个射频输入列射频输出的d x 射频通路设计成宽带。 宽带音颓带宽：d x 发瓣撬滔一个全1 2 位模撅数字转换器( a d ) 取代传统 豹获射枧调制器。a d 转换器以载波频率或i 2 载波频率( 取决于发射机工作频 率 ，耗模拟输入信号转换成数字信号。多个低功率只读存储器( r o m ) 集成邀路 ( i c ) 对从a d 转换器来的数字信号进行解码，并提供“开关”信号给多个射 灏蔽大器，它们静输出程系翱合成器中避符合成。多令r o m 释瓣频放大器缝成 的d x 系统组成了一个高速的“数字射频”转换器，最后形成了被调制的射频 竣感。 另外，d x 发射机也消除了传统p d m 发射机中功放单元( p a ) 和调制器之间 馊瘸瓣缀割繁宽( 程瓣期群嚣延) 黪低遂滤波爨。 d x 发射枫提供低的群时延。 1 9 a m 广播的数书化方案设计和试验数据分析 通过用于获得射频和啬频带宽的这些技术，o x 发射机是高度线性的。这是 发瓣筏遥合爱予数字广撩聚重要黪特 芷。 d r m 信号是复合信号，它包括幅度稚襁位诞制。为了在一部囊效磁发射枧 中放大这个信号，d r m 调制器把d r m 信号分割成两个部分，一个飚幅度部分输入 发魁撬数音频簸入端，男一令是摆位被谖戆射凝信号赣入到发瓣瓠豹射频输入 端，取代通常的射频源信号。为了获得较低的误确率( b e r ) 和干净的占用带宽， 淄霾帮福位信号妊须嗣时弼这功敬单元( p a ) ，黉：且对予慧静占弼带宽中静掰有 频率必须具有正确的幅度。要做到这点，需要对相位被调射频信号的调制进行 延时。 有一黧谖刳嚣在整个频率莛鞠没有一个罄定熬廷嚣，这凌霉它们不适会矮子 d r m 。然而，d x 发射机中的调制器具有低延时的特点，而且延时非常固定。 d x 发射机具有很好的信噪比( s n r ) 。 因为d x 菱鸯雩祝是利蠲一种类 潋“溢艘计”的方法( 说就是，射频放大器# l 总是# 1 ；射频放大器# 2 总是# 2 ) 来“开关”( 也就是发送电压到) 精心设计 的网态射频放大器，同时魄具有魁够的冷却，这样就不需鞭为了防止过损耗而进 行模块轮换使用。期使在低调制度的。瞌况下发射搬也具有良好的噪声曲线。这是 非常重要的，因为大的噪声会破坏数字信号并且增加误码率，从而影响覆虢范围。 d x 发射杌具有一个 # 常宽频带酶输出莲配网络。 因为魄压驻波跑( v s w r ) 懿状态会严熏影曝数字性麓，h a r r i sd x 发瓣撬设 计了一个宽频带“兀”型( 旁路电容、串联电感、旁路电容) 输出匹配网络，它 采用矗j 交粪空电容，并露在蓠萄板遴行谲谮帮受载。 最后，因为瑷在国产瓣太多数中波发辩提都是傣选h a r r i s 公司的d x 系列戆， 如果我们在此发射机能易于实现数字化方案，那么对于第二阶段以国产发射机作 试验将具有重要的氆鉴参怒作嗣。 3 2 3 发射机的技术指标测试 a mg - 撵麓鼗字拖方寰淀计帮试验数摆， 糖 发射机输出接5 0q 假负载，在i o k w 载波输出功潦情况下，测得各项技术指 标如表3 。2 1 ： 表3 。2 。i 发射梳的技术指标( 馁受载) 频帛 h z1 0 04 0 01 k2 1 (5 k7 5 k1 0 k 非线性失真啦 o 5o 5 40 4 60 4 80 4 6 豢攀瓣应 d b0e00o 10 20 2 信噪比 d b6 4 发射机输比接天线，猩i o k w 载波输毖功率情况下，测得各项技术指标如表 3 + 2 2 。 表3 2 2 发射机的技术指标( 天线) 频率 h z1 0 04 0 01 k2 k5 1 7 5 k1 0 k 菲线髋失囊嗨 0 。7 40 。6 5o s 20 70 。9 频率响应 d b000oo 5 6o 92 信嗓比