DX系列中波廣播發(fā)射機(jī)DRM數(shù)字化改造總結(jié)

文/梁雪

隨著科技的發(fā)展，人們對廣播質(zhì)量的要求也相應(yīng)地提高了。但在傳統(tǒng)的中短波頻段廣播中，由于中短波信道變化復(fù)雜、受干擾嚴(yán)重，且采用模擬調(diào)幅調(diào)制，致使目前中短波廣播的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人們的收聽要求，傳統(tǒng)的模擬調(diào)幅廣播（AM）已經(jīng)不能滿足人們的要求，收聽的人群越來越少。

通過對傳統(tǒng)模擬廣播發(fā)射機(jī)工作原理，以及對DRM信號特點(diǎn)進(jìn)行分析，可知現(xiàn)有中波廣播發(fā)射機(jī)能否滿足DRM改造要求，決定于承擔(dān)單獨(dú)DRM載波的能力及在固定分配的帶寬內(nèi)承載數(shù)字碼流的能力，實(shí)現(xiàn)DRM廣播。被改造的發(fā)射機(jī)要滿足條件，包括噪聲、群時延和帶寬和能適應(yīng)帶寬要求的匹配網(wǎng)絡(luò)。

為實(shí)現(xiàn)DRM數(shù)字化調(diào)幅廣播的技術(shù)改造，傳統(tǒng)模擬AM廣播發(fā)射系統(tǒng)需要對音頻前端進(jìn)行數(shù)字化改造，即增加DRM編碼/調(diào)制器，和對發(fā)射機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)改造。DRM編碼調(diào)制器產(chǎn)生的DRM基帶信號為I/Q分量信號，以及通過I/Q分量信號計(jì)算得到的包絡(luò)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；I/Q分量信號通過RF頻率合成器并變換為RF相位分量（Φ），送到現(xiàn)有AM發(fā)射機(jī)激勵通道。I/Q信號為數(shù)字信號，在頻率合成器中進(jìn)行相位計(jì)算，并對直接數(shù)字頻率合成器（DDS）產(chǎn)生的射頻載波信號進(jìn)行相位調(diào)制，相位調(diào)制的射頻載波饋入發(fā)射機(jī)、代替發(fā)射機(jī)激勵器產(chǎn)生的等幅載波，包絡(luò)信號饋入發(fā)射機(jī)音頻輸入端口，利用發(fā)射機(jī)的調(diào)幅功能實(shí)現(xiàn)對調(diào)相載波的幅度調(diào)制。然后將放大后的包絡(luò)信號和相位信號送到混頻電路中進(jìn)行棍頻，實(shí)現(xiàn)DRM信號的功率放大與調(diào)制。這種方式充分利用了AM發(fā)射機(jī)的現(xiàn)有電路和設(shè)備。

1.傳統(tǒng)模擬廣播發(fā)射機(jī)進(jìn)行DRM數(shù)字化改造中的問題

1.1 音頻通道信號與相位通道信號的時延控制問題

傳統(tǒng)模擬調(diào)幅發(fā)射機(jī)的數(shù)字化改造，需要將信道編碼調(diào)制器輸出的數(shù)字基帶信號分別輸入到發(fā)射機(jī)音頻通道和相位通道，即一路輸入包絡(luò)信息，一路輸入相位信息。由于兩路信號所經(jīng)過的信號處理路徑和步驟不同，因此到達(dá)發(fā)射機(jī)混頻管進(jìn)行信號合成時會存在延時誤差，這個延時誤差會嚴(yán)重影響DRM廣播信號的傳輸發(fā)射。

1.2 數(shù)字射頻激勵調(diào)制器

在傳統(tǒng)模擬調(diào)幅發(fā)射機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字DRM信號的發(fā)射，需要將信道編碼調(diào)制器輸出的數(shù)字基帶信號調(diào)制到發(fā)射機(jī)實(shí)際工作的射頻頻率上，要實(shí)現(xiàn)該功能就必須采用DRM數(shù)字射頻激勵調(diào)制器替代載波發(fā)生器。

1.3 音頻通道數(shù)字信號處理問題

傳統(tǒng)的模擬調(diào)幅發(fā)射機(jī)大多是依靠模擬技術(shù)進(jìn)行音頻通道信號的處理，目前，雖然部分電路采用了DSP（數(shù)字信號處理）技術(shù)，但是不進(jìn)行特殊的、有針對性的數(shù)字化的改造，傳輸信號還是不能滿足DRM標(biāo)準(zhǔn)所要求的技術(shù)指標(biāo)。

2.發(fā)射機(jī)改造方案要點(diǎn)

中國傳媒大學(xué)開發(fā)的DRM適配板能夠解決音頻通道信號與相位通道信號的時延控制、數(shù)字射頻激勵調(diào)制器、音頻通道數(shù)字信號處理問題這三個方面的技術(shù)問題。改造方案是由DRM適配板提供發(fā)射機(jī)所需的數(shù)字包絡(luò)信號和調(diào)相載波，將DX系列發(fā)射機(jī)的模擬輸入板和A/D轉(zhuǎn)換板用中國傳媒大學(xué)開發(fā)的DRM適配板取代，通過控制功放模塊的開關(guān)數(shù)量完成模擬和數(shù)字調(diào)制。針對不同廠家的不同類別的發(fā)射機(jī)，可對電源部分、控制部分、射頻放大單元進(jìn)行簡單調(diào)整，就能實(shí)現(xiàn)數(shù)字化調(diào)制功能。通過切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)兩種調(diào)制方式的切換，既可實(shí)現(xiàn)原發(fā)射機(jī)的模擬調(diào)制功能又增加了數(shù)字調(diào)制功能。改造后通過適配板開關(guān)的選擇，在需要模擬音頻調(diào)制時，模擬音頻信號送入適配板，轉(zhuǎn)換成功率和調(diào)制控制碼控制功放單元的開關(guān)數(shù)量完成模擬調(diào)制。在需要DRM數(shù)字調(diào)制時，將經(jīng)過信源編碼和信道編碼的TS流送入適配板，轉(zhuǎn)換成控制碼控制功放單元的開關(guān)完成射頻載波的幅相調(diào)制。在實(shí)際改造過程中，我們對陜廣的AM253S5-I、哈廣的GZ-GS25K-Ⅲ發(fā)射機(jī)進(jìn)行了改造試驗(yàn)，均獲得了成功，均實(shí)現(xiàn)了模擬和數(shù)字調(diào)制。為不同類別的發(fā)射機(jī)數(shù)字調(diào)制改造積累了經(jīng)驗(yàn)。

2.1 陜廣的AM253S5-I發(fā)射機(jī)改造方案要點(diǎn)

取下原發(fā)射機(jī)的模擬輸入板和A/D轉(zhuǎn)換板，取下功放保險，在控制板上將功放開關(guān)打在“關(guān)”的位置上，將DRM適配板裝在原模擬輸入板位置。經(jīng)過對DRM適配板的分析，各插座的功用及連接如下：①X1是5pin插座，為適配板的供電接口，連接發(fā)射機(jī)低壓電源配置板進(jìn)行供電。②A34X8插座是射頻輸出取樣頻率的輸入端，A34X3插座是分配器采樣頻率輸入端，為適配板提供采樣脈沖信號。③A34X6插座是適配板的12位數(shù)字音頻輸入端，輸出數(shù)字音頻至發(fā)射機(jī)調(diào)制編碼板。④A34X7插座是適配板故障檢測輸出端口，提供+5V故障、+15V故障、-15V故障、變換故障信號到發(fā)射機(jī)控制板。⑤X3插座是發(fā)射機(jī)電源取樣輸入端口，連接發(fā)射機(jī)熔斷器板，用于電源補(bǔ)償和包絡(luò)故障檢測。⑥A35X6插座是“音頻+直流”取樣輸出端口，該端口提供取樣電壓到直流穩(wěn)壓電源去調(diào)制“B-”電壓，“B-”電壓改善功放管的開關(guān)時間，對射頻包絡(luò)起到補(bǔ)償作用。⑦A35X4插座是適配器功率控制輸入端口，連接發(fā)射機(jī)控制板，接收來自控制板的12bit功率控制數(shù)據(jù)，并將+15V故障，電源取樣和關(guān)閉功放信號傳送給控制板。⑧A35X2插座是模擬音頻信號輸入端口，X2的DIN1是數(shù)字音頻信號輸入端口。

發(fā)射機(jī)各功能板與適配板連接完成后，安裝上功放保險，打開功放開關(guān)，連接模擬音頻和數(shù)字音頻信號，即完成發(fā)射機(jī)的改造。

2.2 哈廣的GZ-GS25K-Ⅲ發(fā)射機(jī)改造方案要點(diǎn)

DRM適配板在陜廣25KW發(fā)射機(jī)上試驗(yàn)成功后，2017年3月份，我們又對哈爾濱廣播器材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的GZ-GS25K-Ⅲ型發(fā)射機(jī)進(jìn)行改造。此類型發(fā)射機(jī)的不同之處在于采用循環(huán)調(diào)制和浮動載波技術(shù)，同時控制和保護(hù)功能由微機(jī)實(shí)現(xiàn)，省去了控制板上復(fù)雜電路。模擬輸入板和A/D轉(zhuǎn)換板上部分接口的功能不相同，控制板故障報(bào)警電路和端口差別也很大，因而對該類型發(fā)射機(jī)的改造帶來了挑戰(zhàn)。

經(jīng)過對兩種型號發(fā)射機(jī)對比分析，我們發(fā)現(xiàn)：①哈廣發(fā)射機(jī)的低壓配置板提供的電源為+22V，-22V，+8V，而762廠的發(fā)射機(jī)稍高，為+24V，-24V，+9V，但總體相當(dāng)。②哈廣發(fā)射機(jī)不提供射頻輸出取樣頻率輸出，只提供分配器頻率輸出。③哈廣發(fā)射機(jī)的模擬輸入板上電源采樣輸入為X5-8、9，而762廠發(fā)射機(jī)為X5-8、10。④哈廣發(fā)射機(jī)的模擬輸入板“音頻+直流”輸出為X6-5、7，762廠發(fā)射機(jī)為X6-6、7。⑤哈廣發(fā)射機(jī)模擬輸入板的功率控制輸入X4-31為-15V故障，X4-37、39為空，762廠發(fā)射機(jī)為X4-31為空，X4-37為電源采樣，X4-39為功放關(guān)閉。

改造中采取的措施：適配板的供電稍低，對工作狀態(tài)無影響，不進(jìn)行處理，射頻輸出取樣頻率的輸入對適配板功能不影響，不用連接。適配板X3和A35X6插座分別連接相應(yīng)的發(fā)射機(jī)連線，哈廣發(fā)射機(jī)的控制板上-15V故障診斷電路是針對原來模擬輸入板的，現(xiàn)已無意義，故將控制板上R105斷開，切斷該故障診斷電路。適配板A35X4-39正常情況下是低電平，如果轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?，則整機(jī)會關(guān)功放而無功率輸出，哈廣發(fā)射機(jī)沒有提供此低電平信號，因而此處一直為高電平，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)無功率，所以將A35X4-39與40（地）短接，給發(fā)射機(jī)人為提供一個低電平控制信號。通過上述措施，發(fā)射機(jī)完成數(shù)字調(diào)制改造。

3.改造完成后的總結(jié)

南陽中波轉(zhuǎn)播臺進(jìn)行DRM改造的主要用途是應(yīng)急廣播，應(yīng)急廣播的中波傳播途徑采用DRM數(shù)字調(diào)制廣播方式，提高廣播的頻段有效利用率，改善了中波廣播的音質(zhì)，有效提升了中波的抗雜波干擾能力。DRM基帶編碼器能夠提供控制指令進(jìn)行選擇性播出控制，內(nèi)容服務(wù)器提供多類型信息發(fā)布，拓展了廣播應(yīng)用的領(lǐng)域。

不同類型DX發(fā)射機(jī)的控制和保護(hù)接口、各個端口的定義、低壓供電電壓均有所不同，比如，陜廣發(fā)射機(jī)的低壓供電電壓要高于哈廣和北廣的發(fā)射機(jī)，哈廣發(fā)射機(jī)功率控制輸入端口的功能定義與北廣發(fā)射機(jī)的端口功能定義不同等。針對不同發(fā)射機(jī)的各個端口的功能進(jìn)行比對和分析，在改造各個類型發(fā)射機(jī)過程中對發(fā)射機(jī)的原端口進(jìn)行調(diào)整和更改，對不同的電壓進(jìn)行調(diào)整，成功完成了各個類型的發(fā)射機(jī)和適配器的匹配。該改造工程檢驗(yàn)了DRM改造方案的兼容性和可操作性，為將來DX系列模擬調(diào)制發(fā)射機(jī)的DRM數(shù)字化改造提供可靠的方案和實(shí)踐依據(jù)。

改造后的發(fā)射機(jī)既能實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)制又能實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，通過簡單的開關(guān)就能改變調(diào)制方式，改造后模擬調(diào)制模式的有效覆蓋范圍與改造前的覆蓋范圍沒有明顯變化，數(shù)字調(diào)制模式的有效覆蓋范圍還有稍微的增大。數(shù)字調(diào)制模式下的覆蓋范圍內(nèi)收聽效果得到有效的改善，音質(zhì)得到很大提高。

數(shù)字調(diào)制改造后，對數(shù)字調(diào)制信號進(jìn)行實(shí)際收測，分析后得出數(shù)字調(diào)制模式下能夠取得良好接收效果所需的場強(qiáng)和同頻保護(hù)率，以及影響數(shù)字調(diào)制播出效果的多方面影響因素，為將來數(shù)字調(diào)制播出效果的分析提供了一定的參考。

參考文獻(xiàn)

[1]劉亨璋.DRM廣播鏈路中的射頻發(fā)射環(huán)節(jié)[J].廣播與電視技術(shù)，2007，34（4）：106-108.