淺談數(shù)字AM廣播技術(shù)

祝勝利

(國家新聞出版廣電總局六五四臺,新疆呼圖壁 831200)

淺談數(shù)字AM廣播技術(shù)

祝勝利

(國家新聞出版廣電總局六五四臺,新疆呼圖壁 831200)

調(diào)幅廣播顯著優(yōu)點(diǎn)是覆蓋范圍廣,傳輸距離遠(yuǎn),接收機(jī)簡單價(jià)格便宜,但由于調(diào)幅廣播幅度調(diào)制方式和占用窄的頻帶,帶來了明顯的缺點(diǎn)：廣播信號在傳輸過程中易受到干擾,傳輸質(zhì)量不高;業(yè)務(wù)單純,一部發(fā)射機(jī)使用一個(gè)載波頻率,傳送一套聲音廣播節(jié)目,而且節(jié)目質(zhì)量差,面臨眾多媒體的挑戰(zhàn),調(diào)幅廣播明顯處于劣勢。而數(shù)字廣播技術(shù)能對數(shù)字傳送、發(fā)射、接收過程中各種干擾引起的誤碼進(jìn)行自我糾錯處理,保證從音頻信號源到發(fā)射、接收全過程都達(dá)到高質(zhì)量,從而提高廣播系統(tǒng)的整體技術(shù)性能。它提供了一個(gè)數(shù)字的多業(yè)務(wù)廣播平臺,不但能傳輸高質(zhì)量的音頻節(jié)目,而且又能傳輸各類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。在處理過程中,噪聲、非線性失真等,都不能改變數(shù)字信號的品質(zhì)。

數(shù)字廣播 數(shù)字AM廣播 編碼正交頻分復(fù)用 AM制式

調(diào)幅廣播誕生以來，經(jīng)過長期的發(fā)展，有過輝煌的時(shí)期。在調(diào)頻廣播出現(xiàn)以前，世界范圍內(nèi)唯一的廣播方式是長、中、短波調(diào)幅廣播。有了調(diào)頻廣播后，調(diào)幅廣播還是有大量聽眾的，主要是偏遠(yuǎn)山區(qū)及廣大農(nóng)村聽眾，這是他們獲取信息的主要途徑。當(dāng)然，隨著這些年村村通等電視工程的推進(jìn)，電視也成為他們不可或缺的信息渠道，但傳統(tǒng)廣播，尤其是調(diào)幅廣播依然占有很大的份量。調(diào)幅廣播生命力如此頑強(qiáng)主要是因?yàn)樗梢源竺娣e、遠(yuǎn)距離進(jìn)行覆蓋，它采用包絡(luò)調(diào)解，接收設(shè)備價(jià)格低廉。然而，中短波波段調(diào)幅廣播有幾個(gè)固有的缺點(diǎn)：容易受干擾；短波調(diào)幅廣播頻率選擇性衰落嚴(yán)重影響廣播質(zhì)量；功率大、高耗能、設(shè)備投資及維護(hù)運(yùn)行成本高；使用9KHz(或10KHz)帶寬，模擬方式的調(diào)幅廣播很難達(dá)到高質(zhì)量。近幾十年來頻譜又是過度占用，同頻道，臨近頻道干擾嚴(yán)重，收聽條件越來越差，廣大聽眾對調(diào)幅廣播的質(zhì)量越來越不滿意。為了解決短波廣播傳輸質(zhì)量問題，ITU(國際電信聯(lián)盟)曾建議共同實(shí)施單邊(SSB)帶技術(shù)，很多廣播機(jī)構(gòu)進(jìn)行了單邊帶(SSB)實(shí)驗(yàn)發(fā)射，但結(jié)果并不理想，再者，SSB接收機(jī)價(jià)格昂貴。為了克服模擬AM廣播缺點(diǎn)，充分利用中、短波資源對全球?qū)嵤┯行Ы?jīng)濟(jì)的覆蓋，數(shù)字AM是必由之路。

1 數(shù)字AM廣播的優(yōu)點(diǎn)

數(shù)字調(diào)幅(DAM-Digital Amplitude Modulation)廣播有下列優(yōu)點(diǎn)：(1)可以充分利用現(xiàn)有的中、短波頻譜資源。相同覆蓋情況下，DAM(數(shù)字調(diào)幅廣播)發(fā)射機(jī)比模擬調(diào)幅發(fā)射機(jī)功率可降低6dB至9dB，耗能低，效率高。(2)顯著提高AM波段信號傳送音質(zhì)，在保持現(xiàn)有帶寬的情況下，利用音頻數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和DSP(數(shù)字信號處理)技術(shù)，可達(dá)到調(diào)頻質(zhì)量，帶寬加倍甚至可達(dá)到CD的質(zhì)量。(3)增強(qiáng)抗干擾能力，可消除短波衰落。(4)可與模擬信號傳送兼容，在規(guī)定的帶寬內(nèi)，可同時(shí)傳送一個(gè)模擬信號和一個(gè)數(shù)字信號，便于逐步向全數(shù)字過渡。(5)可對現(xiàn)有的中、短波發(fā)射機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，且改造費(fèi)用低。(6)能夠提供附加業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)傳輸。

2 COFDM(編碼正交頻分復(fù)用)

OFD(正交頻分)：使用大量的載波代替單載波。這些大量的載波有相等的頻率間隔，都是一個(gè)基本振蕩頻率的整數(shù)倍，頻譜成正交關(guān)系。

M(復(fù)用)：COFDM是寬帶傳輸，傳輸?shù)男畔⒉辉偈菃我坏墓?jié)目，而是多套節(jié)目的數(shù)據(jù)流相互交織的分布在大量載波上，形成一個(gè)頻率塊，為了防止傳輸差錯，經(jīng)過信源編碼進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮的數(shù)據(jù)流，首先要進(jìn)行信道編碼，即人為加入冗余。然后，經(jīng)信道編碼的信息要被分配到頻譜成正交關(guān)系的許多副載波上傳送。這些副載波被數(shù)字信息調(diào)制，采用的是四相差分相移鍵控的調(diào)制方法。所有這些已調(diào)副載波疊加在一起，就形成包含數(shù)字信息的所謂COFDM基帶信號，然后，再采取搬遷的辦法，將其變換到射頻范圍，形成“頻率塊”，經(jīng)功率放大后通過天線發(fā)射。在一個(gè)“頻率塊”上通?？捎梢徊堪l(fā)射機(jī)同時(shí)傳送多套節(jié)目和其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

(a)數(shù)字AM發(fā)射系統(tǒng)

(b)數(shù)字AM接受系統(tǒng)

為了能修正傳輸進(jìn)程中可能出現(xiàn)的突發(fā)性的比特差錯，采用了“時(shí)間交織”和“頻率交織”技術(shù)，雙重預(yù)防措施，使本來相信的信息單元在時(shí)域和頻域都盡可能遠(yuǎn)地分開傳送，接收端經(jīng)過去交織恢復(fù)原有的順序。在COFDM傳輸方法中，為防止具有較大時(shí)延差的多徑傳播的信號在接收機(jī)相遇時(shí)總務(wù)處符號間干擾，人為地在符號持續(xù)期增加一個(gè)被稱為“保護(hù)間隔”的時(shí)間長度。COFDM是多載波寬帶系統(tǒng)，在特定條件和環(huán)境下可能出現(xiàn)個(gè)別載波衰落但它們僅攜帶少量的信息，出現(xiàn)傳輸差錯完全能修正。OFDM發(fā)生器輸出是多載波的基帶信號，其幅度變化分量送到現(xiàn)有模擬AM發(fā)射機(jī)的調(diào)制通道；OFDM基帶信號分解為同相分量(I)和正交分量(Q)，通過頻率合成器并變換為RF相位分量(Φ)，送到現(xiàn)有AM機(jī)發(fā)射機(jī)激勵通道，通過模擬發(fā)射機(jī)發(fā)射出數(shù)字信號。

3 數(shù)字AM制式簡介

目前世界范圍內(nèi)提出的數(shù)字AM系統(tǒng)大致可分為兩大類，一類系統(tǒng)采用多載波調(diào)制方式，另一類是系統(tǒng)采用單載波調(diào)制方式。

(1)多載波并行傳輸系統(tǒng)在多載波調(diào)制中，采用DAB(數(shù)字音頻廣播)中使用的COFDM(編碼正交頻分復(fù)用)調(diào)制技術(shù)，利用多載波寬帶系統(tǒng)同時(shí)傳送數(shù)據(jù)，每個(gè)載波采用低速率的QPSK、16QAM、64QAM調(diào)制。音頻編碼采用MPEC-4AAC(先進(jìn)音頻編碼)方法，音頻帶寬可以大于9KHz。多載波系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，接收機(jī)簡單，但是發(fā)射機(jī)的峰值系數(shù)較高，對發(fā)射機(jī)非線性的校正要求很高。

(2)單載波串行傳輸系統(tǒng)在單載波調(diào)制中，使用單個(gè)載波，進(jìn)行多狀態(tài)數(shù)字調(diào)相(MPSK，M＞4)或多個(gè)狀態(tài)調(diào)幅調(diào)相(32/64-APSK)的調(diào)制方法，9KHz或10KHz帶寬，在與模擬調(diào)幅廣播同時(shí)播出時(shí)(各自占用相鄰的獨(dú)立頻道)，凈數(shù)據(jù)率可達(dá)10Kb/s-24Kb/s。音頻編碼采用MPEC-4AAC(先進(jìn)音頻編碼)方法。單載波系統(tǒng)的有點(diǎn)是可以保持模擬發(fā)射的高效率，但接收機(jī)復(fù)雜。

4 數(shù)字AM發(fā)射與接受系統(tǒng)

數(shù)字AM系統(tǒng)是以數(shù)字處理技術(shù)為根本，利用傳統(tǒng)條幅發(fā)射技術(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)幅廣播的數(shù)字化。如圖a和圖b分別是數(shù)字AM發(fā)射與接受系統(tǒng)組成圖。

由此可知，在發(fā)射端音頻信號與附加數(shù)據(jù)等信號要先經(jīng)過信源和信道編碼的數(shù)字處理過程，然后加之發(fā)射機(jī)處理后通過天線發(fā)射出去。在接受端則要使用與現(xiàn)在完全不同的專用數(shù)字接收機(jī)，將從天線收到的射頻信號經(jīng)過解調(diào)、解碼，還原成音頻信號和附加數(shù)據(jù)等。數(shù)字AM信號要通過發(fā)射機(jī)才能獲得足夠的傳輸功率，基本原理是首先對加至發(fā)射機(jī)的音頻信號進(jìn)行數(shù)字編碼處理，再加至發(fā)射機(jī)進(jìn)行高電平放大和再調(diào)制，將數(shù)字信號變成模擬信號，最后象現(xiàn)有的發(fā)射機(jī)一樣進(jìn)行功率放大后通過天線發(fā)射出去。目前我國大部分短波發(fā)射機(jī)為PDM或PSM為主，在現(xiàn)有的發(fā)射機(jī)上去掉現(xiàn)有的音頻處理器，增加一臺數(shù)字調(diào)制器，更換一臺數(shù)字頻率合成器，對發(fā)射機(jī)調(diào)制器的低通濾波器截至頻率進(jìn)行高端擴(kuò)展，再重新調(diào)整發(fā)射機(jī)的中和電路等就完成了數(shù)字化改造。

5 結(jié)語

數(shù)字AM發(fā)射系統(tǒng)的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是只需要對現(xiàn)存的PDM或PSM發(fā)射機(jī)進(jìn)行改裝，費(fèi)用低，短期內(nèi)可在模擬和數(shù)字之間切換。發(fā)射機(jī)的輸出功率變化靈活，要保持與模擬AM同樣的覆蓋區(qū)，數(shù)字AM廣播可將發(fā)射機(jī)功率大大降低；要提高業(yè)務(wù)可靠性，可以保持發(fā)射機(jī)的輸出功率不變。

目前廣播數(shù)字化的技術(shù)準(zhǔn)備已基本成熟，數(shù)字中短波廣播技術(shù)也已成熟，隨著廣播形式的多樣化，市場份額不變的情況下，如何居安思險(xiǎn)，在傳統(tǒng)廣播的基礎(chǔ)上謀求發(fā)展，讓這個(gè)傳統(tǒng)媒體繼續(xù)蓬勃發(fā)展，是我們每個(gè)從事廣播事業(yè)的人值得探索和思考的問題。

[1]史萍,倪世蘭.廣播電視技術(shù)概論[M].中國廣播電視出版社.

[2]李棟.數(shù)字AM技術(shù)系列報(bào)告[R].中國新聞科技,2000.1.