數(shù)字中波廣播發(fā)展?fàn)顩r及探討

吳良通，吳 邊

（浙江省中波發(fā)射管理中心，浙江 杭州 310012）

1 數(shù)字中波的發(fā)展進(jìn)程與現(xiàn)狀

中波廣播已有近200年的發(fā)展歷史，主要特征在于波長較長、發(fā)射成本低。早期中波廣播采用電子管發(fā)射機，并且在發(fā)射機末端設(shè)置柵極調(diào)幅，借助屏簾同調(diào)和自動調(diào)頻技術(shù)實現(xiàn)信息傳輸，由于技術(shù)限制導(dǎo)致發(fā)射機發(fā)射效率不高，加之設(shè)備體積龐大、成本較高導(dǎo)致沒有得到普遍推廣。20世紀(jì)70-80年代，利用晶體管和陶瓷管發(fā)射機讓發(fā)射器體積大大減小，并且發(fā)射效能有所提升，隨后陸續(xù)研制出的PDM、PSM、DAM 中波廣播發(fā)射機，中波發(fā)射的穩(wěn)定性與效能日益改善，我國中波事業(yè)也進(jìn)入了高速發(fā)展期。20世紀(jì)90年代后，美國研發(fā)了高清廣播系統(tǒng)，2003年正式運行的DRM 標(biāo)準(zhǔn)和美國的IBOC/HDRadio 系統(tǒng)開始廣泛用于短波、中波和長波發(fā)射當(dāng)中，我國現(xiàn)已經(jīng)研制出DRM10kW 發(fā)射機，實現(xiàn)了模擬廣播信號轉(zhuǎn)換數(shù)字廣播信號的過程，通過一系列調(diào)整達(dá)到中波廣播的數(shù)字模擬同播可能，拓展了傳輸手段、提升了信號傳輸穩(wěn)定性，中波廣播已迎來數(shù)字廣播時代[1]。

2 數(shù)字中波廣播特征與優(yōu)勢

現(xiàn)有數(shù)字中波廣播規(guī)范中如使用較為廣泛的DRM標(biāo)準(zhǔn)，對中波頻點內(nèi)進(jìn)行了信道劃分，利用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行信源編碼、信道編碼、多載波調(diào)制后產(chǎn)生復(fù)合基帶信號，再經(jīng)由線性放大輸出，或經(jīng)幅度、相位同步后由傳統(tǒng)發(fā)射機末級放大輸出。

其顯著特征為抗干擾能力強傳輸內(nèi)容質(zhì)量得到保障，在國內(nèi)各地開展的數(shù)字中波實驗數(shù)據(jù)表明，使用16QAM 編碼收測點場強63dB 環(huán)境信噪比高于20dB 情況下可流暢解碼高質(zhì)量音頻信號，場強60dB 仍能正常解碼文字信息，且受多普勒效應(yīng)的影響明顯優(yōu)于傳統(tǒng)中波，傳統(tǒng)中波在當(dāng)今電磁環(huán)境下63dB 收測點可聽度基本為3分以下，用戶使用體驗差距極大[2]。

工作于純數(shù)字模式下的64QAM 編碼的數(shù)字中波信號，最大有效數(shù)據(jù)帶寬約達(dá)到20kb/s，能夠滿足AAC+SBR 高清音頻傳輸，同時可廣泛用于公共信息發(fā)布等服務(wù)業(yè)務(wù)，如歐洲及北美一些國家的交通公共信息發(fā)布就使用了HDradio、DRM 系統(tǒng)。數(shù)字中波發(fā)射機體積較小，使用的線性放大器整體效能較傳統(tǒng)中波提升巨大，對供電等的要求也更低，結(jié)合城市化進(jìn)程對中波廣播的布點選擇提供了更大的空間。

信道帶寬與信息率的可參數(shù)定義性，使得數(shù)字中波廣播的傳輸效率與抗噪聲、抗多徑干擾、多普勒效應(yīng)等之間存在折中調(diào)整可能。則針對不同屬性的業(yè)務(wù)，可配置不同等級的通道參數(shù)，來達(dá)成高可靠性、高保真、高速移動等不同應(yīng)用場景的落地方案，在泛用性上較傳統(tǒng)中波有較大提升[3]。

3 數(shù)字中波發(fā)射機的工作原理

數(shù)字中波發(fā)射機在信源處理上與傳統(tǒng)中波完全不同，（上圖）以我國使用的DRM/9kHz 為例，其頻點帶寬內(nèi)被劃分為3 個信道：主業(yè)務(wù)信道（SMC），包含數(shù)字廣播中所傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)，至多可以進(jìn)行4種業(yè)務(wù)的復(fù)用，且每一種業(yè)務(wù)既可以是音頻也可以是數(shù)據(jù)，區(qū)別僅為信源的預(yù)編碼方式不同；快速訪問信道（FAC），用于與接收機進(jìn)行快速檢索的信息，包含解復(fù)用的信道參數(shù)信息；業(yè)務(wù)描述信道（SDC），包含主信道解碼參數(shù)、節(jié)目信息、替換頻率等。

各信道的音頻流、數(shù)據(jù)流經(jīng)信源編碼與多路復(fù)用后進(jìn)行信道編碼，在實際應(yīng)用中綜合考慮有效性、通用性及設(shè)備造價經(jīng)濟問題，DAB、DRM 等均采用約束長度7既26=64狀態(tài)的積卷碼進(jìn)行信道編碼。然后根據(jù)各信道重要度選擇不同的符號映射及對應(yīng)的交織編碼，如常用的SMC-16QAM/FAC-4QAM/SDC-4QAM，對應(yīng)的交織深度為SMC-192/FAC-96/SDC-96。最終各信道已調(diào)載波經(jīng)由OFDM（正交頻分復(fù)用多載波調(diào)制）單元映射后生成COFDM（編碼正交頻分復(fù)用）復(fù)合基帶信號。

新型的數(shù)字發(fā)射機可直接使用線性放大器，將COFDM 基帶信號轉(zhuǎn)換為模擬信號經(jīng)末級放大輸出發(fā)射（圖右上）?，F(xiàn)有數(shù)字中波實驗及改造等多使用原有PDM、DAM 發(fā)射機，對信源及激勵部分進(jìn)行改造實現(xiàn)，在獲得DRM 信號（COFDM 復(fù)合基帶）后，需將此信號的幅度分量A（t）作為調(diào)制信號、相位分量Φ（t）作為激勵信號輸入至發(fā)射機。因二者機內(nèi)通道不同寄生延遲存在差異，處理后的信號需插入延時同步設(shè)備對齊時間后進(jìn)入末級調(diào)制放大輸出（圖右下）[3]。

4 數(shù)字中波的發(fā)展方向

4.1 政策扶持與技術(shù)儲備

從國家的角度講，需要完善管理體系，加快信息化建設(shè)模式建設(shè)，這是推動我國廣電行業(yè)發(fā)展的重要保證。數(shù)字廣播在近20年來得到較快發(fā)展，并且管理體系不斷完善，不過整體上還與發(fā)達(dá)國家存在一定差距，所以我國政府需要建立健全相關(guān)機制、不斷加強技術(shù)創(chuàng)新、推動系統(tǒng)升級，提升中波廣播性能。這一過程中需要吸收國外先進(jìn)經(jīng)驗，同時也需要加強應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，目前我國在數(shù)字中波的人才培養(yǎng)方面較為欠缺，普遍缺乏應(yīng)用型人才，所以國家需要切實加強相關(guān)專業(yè)設(shè)置與人才培養(yǎng)，促進(jìn)高校與行業(yè)聯(lián)動。

數(shù)字中波的發(fā)展空間，目前最大的制約在于接收設(shè)備工藝復(fù)雜造價較高，用戶端難以得到普及，急需相關(guān)產(chǎn)業(yè)的協(xié)同提升。結(jié)合時代發(fā)展需求，努力推動自主編解碼、基帶芯片產(chǎn)業(yè)升級，提供廉價可靠的接收設(shè)備促進(jìn)業(yè)務(wù)落地形成良性閉環(huán)。

4.2 提升體驗擴大受眾

數(shù)字中波發(fā)展中，在語音編碼時通過SBR 技術(shù)可以提升窄帶語音編解碼系統(tǒng)性能，提供給廣播者12KHz 解說音頻帶寬，用于例如多語言廣播。由于多語音編解碼系統(tǒng)都是窄帶的，SBR 的重要作用不僅在于提高語音質(zhì)量，而且可以用于提升語音的清晰度和語音的可懂度。在實驗測試中DRM 廣播的音頻質(zhì)量顯著優(yōu)于傳統(tǒng)中波、調(diào)頻廣播，而且接近CD 音質(zhì)，即使采用16QAM 模式，音頻質(zhì)量也明顯優(yōu)于傳統(tǒng)中波，而等同于調(diào)頻廣播，覆蓋更是超過同等模擬功率的覆蓋范圍，廣播接收用戶可實現(xiàn)移動接收高清音頻信號，且受地形和范圍影響與傳統(tǒng)中波相比更加寬闊，體驗度可顯著提升。廣播同步模式的構(gòu)建還可方便用戶跨區(qū)域連續(xù)接聽廣播，不用切換區(qū)域所在頻段信號頻率，提升用戶體驗感，受眾群體也必將有所擴大。

4.3 公共服務(wù)數(shù)據(jù)傳輸

廣播公共服務(wù)體系是公共文化服務(wù)體系的重要組成部分，是一個國家和地區(qū)、社會發(fā)展的重要標(biāo)志。我國國土面積遼闊，地形復(fù)雜，地質(zhì)形態(tài)多樣，氣候復(fù)雜多變，因而，自然災(zāi)害頻發(fā)多發(fā)，給廣大人民群眾和國家造成了嚴(yán)重的生命和財產(chǎn)損失，因此建立覆蓋全國各地的廣播公共服務(wù)體系實現(xiàn)公共服務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行钥煽啃?，是人民群眾防?zāi)、減災(zāi)、避災(zāi)和政府組織抗災(zāi)、救災(zāi)的重要信息平臺，如國接入國家或地方應(yīng)急廣播平臺。多業(yè)務(wù)模塊發(fā)展，在未來社會發(fā)展趨勢中可提供區(qū)域范圍內(nèi)公共熱點播報，用戶可通過公共服務(wù)頻道及時接收感興趣信息。中波廣播就覆蓋而言遠(yuǎn)大于調(diào)頻，且不受地形影響，數(shù)字中波的發(fā)展對數(shù)據(jù)傳輸有明顯的提升，這也將大大改善收聽問題，實現(xiàn)公共信息的及時性和有效性。

5 結(jié)束語

綜上所述，數(shù)字中波廣播發(fā)射系統(tǒng)憑借其抗干擾強、傳輸質(zhì)量高、業(yè)務(wù)能力豐富、后續(xù)成本低等諸多優(yōu)勢，對我國廣播事業(yè)發(fā)展有著積極意義。針對當(dāng)前數(shù)字中波廣播發(fā)射系統(tǒng)的問題，迫切需要切實提升業(yè)務(wù)應(yīng)用面、推動綜合產(chǎn)業(yè)升級、優(yōu)化公務(wù)服務(wù)數(shù)據(jù)、提升用戶體驗以謀求長遠(yuǎn)發(fā)展。