青島地區調頻數字廣播CDR數據傳輸業(yè)務(wù)的試點(diǎn)建設

摘?要：數字音頻廣播技術(shù)是繼調幅（AM）、調頻（FM）廣播后的第三代廣播技術(shù)，是廣播發(fā)射技術(shù)未來(lái)發(fā)展的方向。本文簡(jiǎn)述了CDR的技術(shù)發(fā)展歷程、CDR使用的一些關(guān)鍵技術(shù)和特點(diǎn)，最后介紹了青島地區CDR數據傳輸試點(diǎn)的技術(shù)方案和場(chǎng)強收測數據，對CDR場(chǎng)強效果和音質(zhì)進(jìn)行了驗證評價(jià)。數字音頻廣播在現有的模擬調頻頻段復用數字信息，可以單向傳輸多種增值業(yè)務(wù)，例如高精度定位、EPG（Electronic Program Guide，電子節目指南）、應急廣播信息等等，發(fā)展前景廣闊。

關(guān)鍵詞：CDR；數據傳輸

1 數字音頻廣播技術(shù)的發(fā)展

影響力較大的數字音頻廣播（digital audio broadcasting，DAB）技術(shù) 1980 年源于德國廣播技術(shù)研究所，在歐洲和北美使用廣泛。數字調幅廣播（digital radio mondiale，DRM）技術(shù) 1996 年源于法國。2004 年 DAB 向數字多媒體廣播（digital multimedia broadcasting，DMB）技術(shù)發(fā)展，提供高速移動(dòng)環(huán)境下接收文字、圖片、音視頻等數據業(yè)務(wù)。

中國數字調頻廣播 (China digital radio，CDR) 是國家廣電總局主持研發(fā)的，具有中國自主知識產(chǎn)權的移動(dòng)多媒體廣播技術(shù)。CDR 技術(shù)在 FM 原有頻段上同時(shí)傳播數字信號，并將數字信號和模擬信號同頻混疊，不占用額外帶寬，有利于模擬廣播向數字廣播的平滑過(guò)渡。

2 數字音頻廣播的優(yōu)缺點(diǎn)

數字音頻廣播是從傳統模擬制式向現代數字化通信廣播技術(shù)演變而出現的一種廣播技術(shù)，是以數字技術(shù)為基礎，采用先進(jìn)的音頻數字編碼、數據壓縮、糾錯編碼以及數字調制、傳輸技術(shù)，對廣播信號進(jìn)行全面數字化處理的廣播系統。相比傳統的模擬技術(shù)廣播，在現有同樣的頻率資源下，數字廣播技術(shù)可以提供內容更多、形式更豐富的業(yè)務(wù)，而且服務(wù)質(zhì)量和用戶(hù)感受也將有更大的提升。兩者區別見(jiàn)表 1。

3 CDR使用的技術(shù)

3.1 信源編碼

信源編碼將模擬音頻信號轉換為數字信號，對數據進(jìn)行壓縮，提高傳輸的有效性，減少碼率，降低傳輸速率。

DRA（Digital Rise Audio）是我國具備自主知識產(chǎn)權的數字音頻編解碼技術(shù)標準?；谌硕?tīng)覺(jué)特性進(jìn)行編碼壓縮，支持立體聲和環(huán)繞聲。DRA 同時(shí)也是國際藍光光盤(pán)協(xié)會(huì )音頻標準。

CDR 中使用 DRA+ 音頻編碼標準，是 DRA 的低碼率擴展版。輸入信號的標準采樣率范圍是 16~96 kHz，輸出碼率范圍是 16~384 kbit/s，編碼參數可調，在調頻信道內可傳輸多路立體聲節目或一路 5.1 環(huán)繞聲節目，并保持較好的主觀(guān)聲音質(zhì)量。DRA+ 能夠提供立體聲和環(huán)繞聲兩種分層編碼模式，兼顧了數字調頻廣播的應用范圍和廣播音質(zhì)。

3.2 信道編碼

在傳輸數據時(shí)，因噪聲等因素干擾，在接收端出現數據接收錯誤。因此在調制前對數字信號進(jìn)行信道編碼，接收端通過(guò)計算，找出錯誤的位置，取反糾正，得到正確信號。信道編碼會(huì )增加數據傳輸量。

CDR 中使用 LDPC（Low Density Parity Check，低密度校驗碼），是一種基于隨機編碼和迭代譯碼的新一代高效信道編碼技術(shù)。LDPC 碼有兩種譯碼算法，硬判決算法和概率譯碼軟判決算法，在軟判決算法下，提供解決香農限的糾錯性能。LDPC 具有解碼器結構簡(jiǎn)單，適合 OFDM 高速解碼，在移動(dòng)通信、DTMB 等數據傳輸領(lǐng)域應用廣泛。

3.3 多載波OFDM（正交頻分復用）調制

OFDM 通過(guò)頻分復用實(shí)現高速串行數據的并行傳輸 , 它具有較好的抗多徑衰落的能力。OFDM 將信道分成若干子信道，將高速數據信號轉換成并行的低速子數據流，調制到在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。OFDM 系統一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是，正交的子載波可以利用快速傅利葉變換（FFT/IFFT）實(shí)現調制和解調。

為了消除多徑所造成的符號間干擾，在 OFDM 系統發(fā)射端可加入保護間隔，保護間隔通常用循環(huán)前綴（有時(shí)還可插入循環(huán)后綴）來(lái)填充，否則空白部分會(huì )破壞子載波的正交性，引起載波間干擾。循環(huán)前綴的長(cháng)度應大于多徑時(shí)延的 4 倍以上，城市信道時(shí)延擴展為 0.78 μs，鄉村為 0.43 μs，障礙物的時(shí)延為 5.1 μs，因此循環(huán)前綴的最大長(cháng)度至少為 20.4 μs（5.1×4）。

對于需要大范圍覆蓋的地區和密集的城市地區覆蓋，可以利用 OFDM 的抗干擾特性，建立廣播單頻網(wǎng)運行。這要求多個(gè)發(fā)射機在時(shí)間和頻率上保持精確一致，若發(fā)射機距離較遠，所收到的信號時(shí)延較大，就要增加保護間隔。一般單頻網(wǎng)設計為循環(huán)前綴的 1.2 倍，距離 50 千米時(shí)為 139 μs，一般單頻網(wǎng)應大于 139 μs 以滿(mǎn)足覆蓋要求。

3.4 符號周期（子載波間隔）的設定

由表 4 可以計算，OFDM 的符號周期長(cháng)度應大于 256.4 μs。當接收機在高速移動(dòng)接收時(shí)，多普勒頻移會(huì )破壞子載波間的正交性，為減少影響，其在 108 MHz、 300 km/h、相關(guān)度 0.5 的相干時(shí)間為 6 ms。因此 OFDM 的符號周期取值為 256.4 μs 至 6 ms 之間。

4 CDR的特點(diǎn)

4.1 多種模式適應不同的應用場(chǎng)景

CDR 傳輸共有三種模式，傳輸模式 1 用于大范圍組網(wǎng)、大面積覆蓋；傳輸模式 2 用于高速移動(dòng)接收；傳輸模式 3 用于高速率傳輸。

4.2 多種頻譜配置

（1）純數字模式：頻譜模式 1 和頻譜模式 2。

（2）數字頻率不連續（模數同發(fā)模式）：頻譜模式 9/10、22/23。

4.3 音頻編碼采用DRA低碼率擴展版本（DRA+）

DRA+ 相比 DRA 增加了頻帶復制、參數立體聲和分層模塊等增強技術(shù)，音頻輸出碼率范圍可以從 16 kbit/s 到 384 kbit/s，如果帶寬允許，可以傳輸多路立體聲節目或一套環(huán)繞聲節目。

5 CDR發(fā)射機部署

發(fā)射臺站位于青島市太平山 1 號，東經(jīng)120° 20′ 58″，北緯 36° 4′ 7″ ，海拔高度 116 m，天線(xiàn)高度 150 m，天線(xiàn)增益 6 dB。

發(fā)射機品牌為 GATESAIR，模擬功放模塊發(fā)射功率 6.4 kW。功放模塊在 FM 模擬工作方式時(shí)，工作在 C 類(lèi)放大保證效率；在 FM+CDR 數?；觳r(shí)，工作在 AB 類(lèi)放大保證線(xiàn)性。主要工作參數如下所述。

（1）模數功率比：-14 dB，即數字功率低于模擬功率 14 dB。

（2）傳輸模式：傳輸模式 1。

（3）頻譜模式：頻譜模式 9。

6 單發(fā)射機數據發(fā)送端系統圖

7 單發(fā)射機CDR性能測試

（1）目的：驗證 CDR 場(chǎng)強效果和主觀(guān)音質(zhì)評價(jià)。

（2）方法：定點(diǎn)測試與移動(dòng)接收測試相結合。

   1）定點(diǎn)測試

      ● 使用 10 m 和 4 m 天線(xiàn)測試調頻和數字信號場(chǎng)強、誤碼率等信息。

   2）根據實(shí)際情況設計移動(dòng)接收測試路線(xiàn)

      ● 選取放射和環(huán)路兩大類(lèi)。

      ● 深槽路段、山體周邊。

      ● 建筑密集區的主干道作為移動(dòng)接收測試的重點(diǎn)。

（3）數據接收系統示意圖

（4）收測數據及主觀(guān)評價(jià)

頻譜圖對比，89.7 MHz 為含 CDR 的數模同播發(fā)射機接收頻譜，107.6 MHz 為普通模擬發(fā)射機。

圖5 上側為89.7 MHz（CDR），下側為107.6 MHz

場(chǎng)強收測儀器為 Navigator100 測試儀。

圖6 場(chǎng)強圖（FM89.7 MHz）

主觀(guān)評價(jià)：櫸林山 FM89.7 MHz 發(fā)射信號的模擬頻段在市區整體覆蓋良好，部分黃色路段因市區高樓遮擋，影響了收聽(tīng)效果。數字頻段在浮山南側、浮山東側、老虎山東側、老虎山北側、星河灣北側受浮山山地影響或高樓遮擋，覆蓋效果較差，市區其他路段信號良好。

8 結語(yǔ)

數字音頻廣播在現有的模擬調頻頻段復用數字信息，可以單向傳輸多種增值業(yè)務(wù)，例如高音質(zhì)廣播收聽(tīng)、高精度定位、EPG（Electronic Program Guide，電子節目指南）、應急廣播信息等等，發(fā)展前景廣闊。青島地區調頻數字廣播數據傳輸業(yè)務(wù)的試點(diǎn)建設，既保證傳統廣播向數字廣播平穩過(guò)度，也為后期開(kāi)展各種增值業(yè)務(wù)提供了平臺。

參考文獻：

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(注：本文轉載自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年10月期)