DRM數(shù)字廣播系統(tǒng)分析（架構(gòu)）

文丨柳重春

（國家新聞出版廣電總局，海南三亞 572600）

1 DRM數(shù)字廣播系統(tǒng)的信號介紹

在DRM數(shù)字廣播系統(tǒng)使用COFDM調(diào)節(jié)技術(shù)，是OFDM調(diào)節(jié)技術(shù)與信道編碼的組合。與COFDM有關(guān)的所編碼音頻和數(shù)據(jù)信息，全部均勻分配至若干個波段相鄰的載波上，并且所有的載波都會被分配在不同的傳輸頻道中。DRM數(shù)字廣播系統(tǒng)的信號基本上可分為音頻信息信號和信息數(shù)據(jù)信號兩大類，而且在實(shí)際應(yīng)用中會根據(jù)傳輸項(xiàng)目的不用類型，去選擇合理的編碼參數(shù)，用以保證DRM數(shù)字廣播系統(tǒng)在傳輸過程中的信號質(zhì)量。第一類信號是指將多個不同來源的信號添加到一個復(fù)用器進(jìn)行復(fù)合處理后獲得的節(jié)目信號，包含音頻節(jié)目信號和一些數(shù)據(jù)信息；第二類信號是指使用接收機(jī)接收不同類型的信息數(shù)據(jù)信號，即DRM接收系統(tǒng)采用不同的接收方式，將發(fā)射端所分辨、傳輸?shù)膮?shù)信息實(shí)時傳遞給接收機(jī)做應(yīng)變處理，它由決速訪問信道和業(yè)務(wù)描述信道兩個獨(dú)立信道構(gòu)成，決速訪問信道的主要作用是將發(fā)射端復(fù)用器復(fù)合的業(yè)務(wù)種類和信道編碼參數(shù)等信息提供給接收端，業(yè)務(wù)描述信道的主要作用是向接收機(jī)提供復(fù)用器中業(yè)務(wù)的特征，與此同時其還規(guī)定了一個有效性函數(shù)原則，用于分辨重復(fù)標(biāo)記的有效性，是接收機(jī)確自動切換頻率的基礎(chǔ)。

2 DRM數(shù)字廣播系統(tǒng)的流程設(shè)計原理

DRM系統(tǒng)的COFDM方案的流程設(shè)計原理是：第一步使用發(fā)射機(jī)將語音和數(shù)據(jù)等信息通過信源編碼的方式轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；第二步是通過信道編碼技術(shù)選擇性的給傳輸信息加入冗余保護(hù)；第三步是通過OFDM調(diào)制技術(shù)，轉(zhuǎn)化不同頻率后發(fā)送到DRM廣播的MW/SW兩個頻段鐘；第四步是DRM接收機(jī)將接收信號轉(zhuǎn)化為中頻信號，再進(jìn)行頻率同步、信道估計、信道解碼、信源解碼等步驟后得到原有的語音和數(shù)據(jù)信息。

在調(diào)幅波段方面，因?yàn)榘l(fā)射機(jī)的射頻輻射范圍較窄的因素，數(shù)字音頻信號使用的頻帶帶寬也較窄。但是電波在遠(yuǎn)距離傳輸過程中會產(chǎn)生破壞、干擾、疊加、失真等現(xiàn)象。因此，必須使用高效、穩(wěn)定、科學(xué)的的數(shù)字音頻壓縮方法去消除傳輸中的信號破壞、干擾、疊加、失真等現(xiàn)象，來糾正傳輸過程中的差錯和防止傳輸中斷等問題。但是DRM系統(tǒng)在遠(yuǎn)程短波傳輸過程中，如果有足夠的信號噪聲比率，則會取得良好的音質(zhì)效果。這是因?yàn)樵谶h(yuǎn)程短波傳輸中會有下述現(xiàn)象：在兩個DRM信號占用同一頻道的情況下，如果一個信號強(qiáng)于另一個信號，則強(qiáng)信號可以被調(diào)節(jié)；如果兩種信號強(qiáng)度相差不大，則都不能被調(diào)節(jié)；如果兩個DRM信號完全相同，而且到達(dá)接收機(jī)的時間在保護(hù)間隔之內(nèi)，它們將互相增強(qiáng)。

DRM信號可利用在臺式接收機(jī)、便攜式接收機(jī)、車載接收機(jī)等。也可以利用在移動的接收機(jī)中，并且能獲得優(yōu)質(zhì)的收聽效果，但是必須滿足接收機(jī)中獲取足夠的信噪比率的條件，實(shí)踐中對其的的控制方式是：對于普通廣播系統(tǒng)而言，想從一個固定點(diǎn)向目標(biāo)區(qū)域傳輸信號，可以通過改變發(fā)射機(jī)功率的方式控制廣播信號的覆蓋區(qū)域。但是DRM信號不但能改變發(fā)射機(jī)的功率性能，還可通過信號的調(diào)制和傳輸參數(shù)等方法來調(diào)整覆蓋區(qū)域。利用發(fā)射機(jī)的控制來提供一定區(qū)域內(nèi)高等級的覆蓋率和信號可靠度，要先在目標(biāo)區(qū)域裝置一定數(shù)量的接收機(jī)來征集區(qū)域信號的播出質(zhì)量，然后將此信息反饋到發(fā)射臺。在發(fā)射臺內(nèi)，可以通過實(shí)時調(diào)整發(fā)射機(jī)功率等級、調(diào)整參數(shù)和調(diào)節(jié)信號，使在目標(biāo)區(qū)內(nèi)接收的信號持續(xù)優(yōu)質(zhì)。在實(shí)際的傳輸通道中，可以根據(jù)使用的頻率、建筑物高矮、目標(biāo)區(qū)域的地形來調(diào)整信號等級，控制信號的信噪比率。

3 DRM數(shù)字廣播系統(tǒng)的的若干核心技術(shù)解析

3.1 信源編碼技術(shù)

DRM數(shù)字廣播系統(tǒng)的信源編碼技術(shù)主要應(yīng)用于解決數(shù)據(jù)傳輸中的轉(zhuǎn)換、代替、存儲等問題，即通過對原始信息數(shù)據(jù)數(shù)量上的壓縮，使用最少量的數(shù)字編碼傳輸最大信息量的技術(shù)。DRM數(shù)字廣播系統(tǒng)中音頻信號傳輸質(zhì)量主要由數(shù)據(jù)的壓縮率決定。原則上講，一旦其音頻的數(shù)據(jù)壓縮率越高，它在信道上傳輸?shù)馁|(zhì)量就越好，但是同時也需要使用越寬的射頻帶寬。要想在較窄的帶寬條件下獲得良好的傳輸質(zhì)量，DRM數(shù)字廣播系統(tǒng)在不同廣播項(xiàng)目傳輸?shù)倪^程中使用了不同的信源編碼方案。實(shí)際使用過程中中，DRM系統(tǒng)使用了先進(jìn)音頻編碼和語音編碼(碼本激勵線性預(yù)測和諧波矢量激勵編碼)兩種方法。先進(jìn)音頻編碼的碼率范圍較廣，具有抗差錯魯棒編碼方式，是自然聲音信號編碼的基礎(chǔ)，其主要用于單聲道語音廣播和要求較高條件下的抗差錯魯棒傳輸。諧波矢量激勵編碼是一種適用于較低比特率和抗差錯魯棒性單聲道語音廣播、語音數(shù)據(jù)等傳輸項(xiàng)目的技術(shù)。除上述編碼方案外，DRM系統(tǒng)中還會采用頻帶復(fù)制技術(shù)，它可以重建音頻信號中缺失的高音段，并且可以大幅度提升窄帶語音系統(tǒng)的音質(zhì)和信號的清晰度、分辨度等。

3.2 信道編碼和信道估計技術(shù)

信號傳輸過程中一定會受到信道的影響，OFDM信號的傳輸影響則主要指以下三個方面：一是信道本身頻率高低對信號傳輸造成的影響；二是信道中的各種噪聲干擾和無用信號的疊加會改變信號的振幅、相位和頻率；三是信號在傳輸過程中由于多徑效應(yīng)引起信號的互相干擾。這三種影響均會導(dǎo)致接收端解碼的錯誤率。實(shí)踐中則會采用信道編碼的措施來降低影像。它以控制發(fā)送端信號兀余度的方式來監(jiān)督、檢測、糾正信號通過信道后產(chǎn)生的錯誤。信道編碼有分組碼和卷積碼兩種形式。分組碼的特征是是一次性處理大規(guī)模數(shù)據(jù)信息，卷積碼的特征是處理串行的比特流，主要用于實(shí)時糾錯。

信道估計技術(shù)應(yīng)用在多徑衰落信道中，因?yàn)樾诺谰哂胁淮_定變化性，所以多徑衰落會造成OFDM符號間的干擾和子信道間的干擾現(xiàn)象。信道估計的基礎(chǔ)是信道本身具有時間范圍內(nèi)（時域）、頻率范圍內(nèi)（頻域）的相關(guān)性，信道估計的中心算法是在發(fā)送已知信號的條件下，根據(jù)最終接受的信號估計信道在傳輸匯總的減少數(shù)量。使用在信道估計的計算原則有兩個：最小平方原則和最小均方誤差原則。信道的計算方法也有以下兩種：第一種方法是用時域相關(guān)的獨(dú)立值和頻域相關(guān)獨(dú)立值的乘積來計算，主要的計算結(jié)果通過FIR濾波器獲得，這種方法獲得結(jié)果通常誤差較大；第二種計算方法是兼顧DFT的信道估計，借助DFT技術(shù)用頻域獨(dú)立值代替掉時域獨(dú)立值，使時域的信道判斷趨于簡單化，這種方法具有操作簡便和計算準(zhǔn)確性高的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐中還可以采用加窗DFT的信道估計、插值、濾波的方法來進(jìn)行信道估計，但是在選擇信道估計方法時必須綜合實(shí)際情況。在多徑衰落信道里，還可以對對編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行人為地轉(zhuǎn)變，經(jīng)過由于交織和解交織循環(huán)的效果，使信道的突發(fā)性錯誤得以解決。

4 結(jié)語

在通信技術(shù)發(fā)展變化日新月異的今天，廣播系統(tǒng)的數(shù)字化是廣播系統(tǒng)發(fā)展的趨勢之一，以前廣播系統(tǒng)的模擬技術(shù)都將會被數(shù)字系統(tǒng)來代替，不僅因?yàn)閺V播系統(tǒng)數(shù)字化技術(shù)較于模擬技術(shù)有更大的優(yōu)勢，而且數(shù)字化技術(shù)給廣播行業(yè)取得長足發(fā)展提供了優(yōu)良基礎(chǔ)。但是針對現(xiàn)階段所使用的發(fā)射機(jī)功效問題，在實(shí)現(xiàn)模擬節(jié)目與數(shù)字節(jié)目的同步方面，必須對進(jìn)行數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行更完整的升級和拓展。

[1] 楊明.《DRM接收機(jī)的研制》.IBI.Vol.18.No.3.2004.

[2] 高鵬.《DRM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)》.世界廣播電視，Vol.18.No.3.2004.