中國(guó)第三代廣播技術(shù)CDR

樊菊萍

（山西新聞出版廣電局，太原 030012）

中國(guó)第三代廣播技術(shù)CDR

樊菊萍

（山西新聞出版廣電局，太原 030012）

數(shù)字聲音廣播是廣播電視數(shù)字化過程中的一個(gè)重要組成部分，代表了未來廣播的發(fā)展方向。本文介紹了CDR的特點(diǎn)，技術(shù)發(fā)展思路以及關(guān)鍵技術(shù)介紹，最后又對(duì)數(shù)字音頻廣播發(fā)射系統(tǒng)做了闡述。

我國(guó)自主研發(fā)的數(shù)字音頻廣播

1 引言

為推進(jìn)無線廣播電視數(shù)字化轉(zhuǎn)換工作，加快構(gòu)建技術(shù)先進(jìn)、傳輸快捷、覆蓋廣泛的無線數(shù)字廣播電視公共服務(wù)體系，保障全國(guó)城鄉(xiāng)居民更好地收聽收看廣播電視節(jié)目，2014年12月30日，總局和財(cái)政部聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于實(shí)施中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程的通知》。中央覆蓋工程計(jì)劃用兩年的時(shí)間，在全國(guó)2,562個(gè)廣播電視骨干發(fā)射臺(tái)站部署符合GB 20600-2006《數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》標(biāo)準(zhǔn)的地面數(shù)字電視廣播設(shè)備，構(gòu)建2個(gè)頻道的地面數(shù)字電視廣播覆蓋網(wǎng)，基本實(shí)現(xiàn)除CCTV-3，5，6，8外的12套標(biāo)清中央電視節(jié)目的全國(guó)無線數(shù)字化覆蓋；同時(shí)采用GY/T268.1-2013《調(diào)頻頻段數(shù)字聲音廣播 第一部分：數(shù)字廣播信道幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》標(biāo)準(zhǔn)在全國(guó)300多個(gè)地級(jí)以上城市開展數(shù)字音頻廣播試點(diǎn)，轉(zhuǎn)播3套中央廣播節(jié)目，也就是說，中央電視節(jié)目的無線數(shù)字化覆蓋采用地面數(shù)字電視（DTMB）傳輸技術(shù)，中央廣播節(jié)目的無線數(shù)字化覆蓋采用調(diào)頻頻段數(shù)字音頻廣播（CDR）傳輸技術(shù)。

2 數(shù)字音頻廣播的優(yōu)點(diǎn)

數(shù)字聲音廣播（CDR, China Digital Radio）是以數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)為基礎(chǔ)，采用先進(jìn)的數(shù)字音頻編碼技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮、糾錯(cuò)編碼以及復(fù)用、信道編碼、數(shù)字調(diào)制和傳輸?shù)燃夹g(shù)，對(duì)音頻廣播信號(hào)進(jìn)行全面數(shù)字化處理的廣播系統(tǒng)。數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)是繼調(diào)幅、調(diào)頻廣播之后的第三代技術(shù)。它相對(duì)于傳統(tǒng)的模擬廣播系統(tǒng)，可有效提高頻譜利用率,具有音質(zhì)好、支持高速移動(dòng)接收、抗多徑干擾能力強(qiáng)；在相同的覆蓋范圍下，所需的發(fā)射功率大大降低，有效節(jié)約了電能，對(duì)環(huán)境起到了保護(hù)作用；可以通過單頻網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)大范圍的組網(wǎng)覆蓋；能夠克服模擬廣播業(yè)務(wù)單一的缺點(diǎn)，CDR應(yīng)急廣播架構(gòu)協(xié)議的設(shè)計(jì)思路是與現(xiàn)有的整個(gè)應(yīng)急廣播的體系兼容，且利用CDR的特點(diǎn)和比上一代調(diào)頻應(yīng)急廣播在技術(shù)和帶寬上的優(yōu)勢(shì)，具備了完整和拓展新的功能，就世界范圍來看，廣播數(shù)字化是科技發(fā)展必然趨勢(shì)。

3 數(shù)字聲音廣播技術(shù)發(fā)展的思路

支持?jǐn)?shù)模同播，以利于模擬廣播向數(shù)字廣播平滑過渡；支持固定、便攜、車載移動(dòng)、高速鐵路移動(dòng)等接收設(shè)備；提供聲音、多媒體和綜合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；支持靈活的業(yè)務(wù)配置和管理，以利于各種數(shù)字廣播新業(yè)態(tài)的應(yīng)用。

針對(duì)中國(guó)調(diào)頻廣播擁擠的頻譜使用現(xiàn)狀，將上述業(yè)務(wù)與服務(wù)需求轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求：射頻信道范圍是與現(xiàn)有模擬廣播兼容；基帶頻帶寬度為200kHz；移動(dòng)接收機(jī)的時(shí)速為500km/h；單發(fā)射機(jī)覆蓋范圍為半徑75km；頻率選擇性為時(shí)延分布250μs；時(shí)間選擇性為多普勒頻移50Hz；信道模型為廣義平穩(wěn)非相關(guān)散射（WSSUS）多徑信道；噪聲干擾模型有加性高斯白噪聲（AWGN）、脈沖干擾、單頻干擾等。所以，采用LDPC糾錯(cuò)碼OFDM分集接收等關(guān)鍵技術(shù)，更有效地提高接收機(jī)的靈敏度，改善干擾環(huán)境和覆蓋盲區(qū)以及根據(jù)需要靈活設(shè)置不同的應(yīng)用，將使寶貴的頻譜資源得到最大化的利用，為容納更多高質(zhì)量的服務(wù)頻道提供了條件。技術(shù)方案創(chuàng)造性地在200kHz模擬帶寬內(nèi)真正地同時(shí)播出數(shù)字信號(hào)，使現(xiàn)有的調(diào)頻電臺(tái)無需做任何的頻率規(guī)劃更改就可以升級(jí)到數(shù)字調(diào)頻廣播，同時(shí)還能保持原有的模擬調(diào)頻節(jié)目正常播出。因此，它是最適合中國(guó)國(guó)情的方案。

2015年李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告提出：“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”，在這樣的大環(huán)境下，2016年3月中國(guó)數(shù)字音頻廣播技術(shù)與產(chǎn)業(yè)推進(jìn)工作組（CDR工作組）在京舉行了成立儀式暨新聞發(fā)布會(huì)。一個(gè)新技術(shù)的推廣，涉及多個(gè)方面，需要多方的共同努力，國(guó)家層面政策的支持，技術(shù)的先進(jìn)性，用戶良好的體驗(yàn)等。我國(guó)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行了長(zhǎng)期的跟蹤研究和實(shí)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上開展了我國(guó)自主研發(fā)的中國(guó)數(shù)字廣播（CDR）系統(tǒng)研究，目前已取得階段性成果。

在設(shè)計(jì)中國(guó)數(shù)字聲音廣播技術(shù)方案時(shí)，指導(dǎo)思想是要具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、優(yōu)良的性能指標(biāo)、低廉的制造成本以及可行的技術(shù)應(yīng)用。提出的數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)是根據(jù)其預(yù)期的業(yè)務(wù)和服務(wù)需求而設(shè)計(jì)的，包括：支持調(diào)頻、調(diào)幅一致化參數(shù)集，以利于降低終端的復(fù)雜度；支持在現(xiàn)有頻率管理要求下靈活的頻譜過渡，以利于提高頻率資源使用效率；

4 CDR關(guān)鍵技術(shù)

4.1 信源編碼

CDR主音頻業(yè)務(wù)的音頻編碼方式采用DRA編碼算法的低碼率擴(kuò)展版本DRA+，通過在DRA附加數(shù)據(jù)部分采用頻帶復(fù)制技術(shù)、參數(shù)立體聲和分層模塊等多個(gè)增強(qiáng)編碼技術(shù)，生成DRA+的壓縮編碼算法。其輸出碼率范圍從16kb/s到384kb/s，在較低的碼率下能提供較高的主觀聲音質(zhì)量。表1列出了幾種典型的音頻碼率與聲音質(zhì)量對(duì)比表。可以看出，輸出碼率越大，音頻質(zhì)量越高，但可傳輸節(jié)目套數(shù)越少。我國(guó)對(duì)DRA+編碼擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，從而解決了專利瓶頸。在此覆蓋試點(diǎn)工程中，中央人民廣播電臺(tái)3套節(jié)目使用三個(gè)DRA+編碼器，均采用32kb/s的輸出音頻碼率，其輸出音頻質(zhì)量與FM廣播相當(dāng)。

4.2 信道編碼與數(shù)字調(diào)制

CDR主業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通道采用LDPC糾錯(cuò)編碼，碼字長(zhǎng)度為9216比特，可采用1/4，1/3，1/2，3/4四種編碼碼率，采用QPSK，16QAM，64QAM三種映射方式。表2給出了在不同編碼碼率和調(diào)制方式下，每100kHz帶寬內(nèi)主業(yè)務(wù)信道能夠傳輸?shù)膬艉蓴?shù)據(jù)率。可以看出，編碼碼率越大或星座點(diǎn)數(shù)越多，系統(tǒng)凈荷越大，但傳輸可靠性降低。LDPC編碼是一種逼近香農(nóng)極限，易實(shí)現(xiàn)且系統(tǒng)復(fù)雜度較低的優(yōu)秀線性糾錯(cuò)編碼。

表2 不同傳輸模式下系統(tǒng)傳輸容量（100kHz內(nèi)）

4.3 傳輸模式與頻譜模式

CDR定義了三種傳輸模式，分別適用不同的應(yīng)用場(chǎng)景。傳輸模式1適用于大面積組網(wǎng)覆蓋，傳輸模式2適用于高速移動(dòng)接收，傳輸模式3適用于高數(shù)據(jù)傳輸。運(yùn)營(yíng)商可根據(jù)實(shí)際的運(yùn)營(yíng)需要進(jìn)行選擇配置，不同的傳輸模式其系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)凈荷、數(shù)據(jù)體循環(huán)前綴長(zhǎng)度、單頻網(wǎng)運(yùn)行時(shí)發(fā)射臺(tái)之間的最大距離不同。

CDR采用靈活的頻譜配置結(jié)構(gòu)，建議頻譜模式主要有6種（l，2，9，10，22，23），其余模式為保留模式。頻譜模式1和2為純數(shù)字模式，帶寬分別為100kHz和200kHz，可以在模擬廣播全部數(shù)字化以后或者頻譜資源不緊張的地區(qū)采用。頻譜模式9，10，22，23為模數(shù)同播模式。9和10支持?jǐn)?shù)字廣播與模擬調(diào)頻立體聲廣播同播，22與23支持?jǐn)?shù)字廣播與模擬調(diào)頻單聲道廣播同播。

5 結(jié)束語

FM-CDR是適合我國(guó)國(guó)情且具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字音頻廣播標(biāo)準(zhǔn)，為了讓CDR得到更快的推廣和發(fā)展，我國(guó)組建了中國(guó)數(shù)字音頻廣播技術(shù)與產(chǎn)業(yè)推進(jìn)工作組（CDR工作組），工作組的成立將帶動(dòng)CDR發(fā)射機(jī)、編碼器、復(fù)用器等主要設(shè)備的生產(chǎn)和銷售，逐步降低銷售價(jià)格，進(jìn)一步推動(dòng)CDR接收專用芯片的開發(fā)及CDR數(shù)字收音機(jī)的研發(fā)、生產(chǎn)和普及。我國(guó)是世界上調(diào)頻廣播應(yīng)用最廣泛、擁有世界上最多聽眾的國(guó)家，如此巨大的受眾資源，只有掌握核心技術(shù)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，才能更好地鼓勵(lì)電子企業(yè)向市場(chǎng)推出廉價(jià)、可靠的接收機(jī)，有效促進(jìn)我國(guó)的數(shù)字音頻廣播事業(yè)快速發(fā)展。

[1] GY/T 268.1-2013調(diào)頻頻段數(shù)字音頻廣播 第一部分：數(shù)字廣播信道幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制

[2] 張先華，門愛東．關(guān)于中國(guó)數(shù)字聲音廣播的討論．電聲技術(shù)，2011(8)

[3] 鄒峰，高鵬．中國(guó)數(shù)字聲音廣播技術(shù)的研究與探索．廣播與電視技術(shù)，2014(8)

[4] 高鵬，萬戈，陳樹萍，朱海波．?dāng)?shù)字聲音廣播的研究與實(shí)驗(yàn)．見2011國(guó)際傳輸與覆蓋研討會(huì)

Gartner預(yù)測(cè)2017年全球尤其是中國(guó)IT支出

2017年1月19日，全球領(lǐng)先的信息技術(shù)研究和顧問公司Gartner表示，2017年全球IT支出總金額預(yù)計(jì)為3.5萬億美元，較2016年增加2.7%。不過此數(shù)據(jù)仍低于Gartner先前預(yù)測(cè)的3%增長(zhǎng)率。

Gartner研究副總裁John-David Lovelock說：“2017年將是IT支出回暖的一年，一些主流趨勢(shì)開始聚攏，例如云、區(qū)塊鏈、數(shù)字化業(yè)務(wù)及人工智能。通常來講，由此帶來的IT支出增長(zhǎng)會(huì)遠(yuǎn)超2.7%。但由于全球市場(chǎng)的部分政治因素不確定，許多企業(yè)在IT投資方面會(huì)采取相對(duì)保守的觀望態(tài)度?！?/p>

China’s Third Generation Broadcasting Technology

Fan Juping
(Shanxi Press and Publication Bureau of Radio and Television, Taiyuan, 030012)

Digital audio broadcasting is an important part of the process of broadcasting digitalzation, which represents the future development direction of broadcasting. This paper introduces the characteristics of CDR, the development of technology and the introduction of key technologies. Finally, the digital audio broadcasting transmission system is described.

China’s independent research and development of digital audio broadcasting

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.02.009

TN93

A

1672-7274（2017）02-0038-03

樊菊萍，女。1966年出生，大學(xué)本科，山西新聞出版廣電局無線管理中心高級(jí)工程師，老軍營(yíng)電視發(fā)射中心機(jī)房主任，參加工作以來一直從事廣播電視發(fā)射工作。多次參加省級(jí)發(fā)射系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)技術(shù)大賽，獲得一等獎(jiǎng)。