祝勝利

(國家新聞出版廣電總局六五四臺,新疆呼圖壁 831200)

淺談數字AM廣播技術

祝勝利

(國家新聞出版廣電總局六五四臺,新疆呼圖壁 831200)

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

數字廣播 數字AM廣播 編碼正交頻分復用 AM制式

調幅廣播誕生以來，經過長期的發(fā)展，有過輝煌的時期。在調頻廣播出現以前，世界范圍內唯一的廣播方式是長、中、短波調幅廣播。有了調頻廣播后，調幅廣播還是有大量聽眾的，主要是偏遠山區(qū)及廣大農村聽眾，這是他們獲取信息的主要途徑。當然，隨著這些年村村通等電視工程的推進，電視也成為他們不可或缺的信息渠道，但傳統(tǒng)廣播，尤其是調幅廣播依然占有很大的份量。調幅廣播生命力如此頑強主要是因為它可以大面積、遠距離進行覆蓋，它采用包絡調解，接收設備價格低廉。然而，中短波波段調幅廣播有幾個固有的缺點：容易受干擾；短波調幅廣播頻率選擇性衰落嚴重影響廣播質量；功率大、高耗能、設備投資及維護運行成本高；使用9KHz(或10KHz)帶寬，模擬方式的調幅廣播很難達到高質量。近幾十年來頻譜又是過度占用，同頻道，臨近頻道干擾嚴重，收聽條件越來越差，廣大聽眾對調幅廣播的質量越來越不滿意。為了解決短波廣播傳輸質量問題，ITU(國際電信聯(lián)盟)曾建議共同實施單邊(SSB)帶技術，很多廣播機構進行了單邊帶(SSB)實驗發(fā)射，但結果并不理想，再者，SSB接收機價格昂貴。為了克服模擬AM廣播缺點，充分利用中、短波資源對全球實施有效經濟的覆蓋，數字AM是必由之路。

1 數字AM廣播的優(yōu)點

數字調幅(DAM-Digital Amplitude Modulation)廣播有下列優(yōu)點：(1)可以充分利用現有的中、短波頻譜資源。相同覆蓋情況下，DAM(數字調幅廣播)發(fā)射機比模擬調幅發(fā)射機功率可降低6dB至9dB，耗能低，效率高。(2)顯著提高AM波段信號傳送音質，在保持現有帶寬的情況下，利用音頻數據壓縮技術和DSP(數字信號處理)技術，可達到調頻質量，帶寬加倍甚至可達到CD的質量。(3)增強抗干擾能力，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，可同時傳送一個模擬信號和一個數字信號，便于逐步向全數字過渡。(5)可對現有的中、短波發(fā)射機進行技術改造，且改造費用低。(6)能夠提供附加業(yè)務和數據傳輸。

2 COFDM(編碼正交頻分復用)

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，都是一個基本振蕩頻率的整數倍，頻譜成正交關系。

M(復用)：COFDM是寬帶傳輸，傳輸的信息不再是單一的節(jié)目，而是多套節(jié)目的數據流相互交織的分布在大量載波上，形成一個頻率塊，為了防止傳輸差錯，經過信源編碼進行數據壓縮的數據流，首先要進行信道編碼，即人為加入冗余。然后，經信道編碼的信息要被分配到頻譜成正交關系的許多副載波上傳送。這些副載波被數字信息調制，采用的是四相差分相移鍵控的調制方法。所有這些已調副載波疊加在一起，就形成包含數字信息的所謂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”，經功率放大后通過天線發(fā)射。在一個“頻率塊”上通?？捎梢徊堪l(fā)射機同時傳送多套節(jié)目和其他數據業(yè)務。

(a)數字AM發(fā)射系統(tǒng)

(b)數字AM接受系統(tǒng)

為了能修正傳輸進程中可能出現的突發(fā)性的比特差錯，采用了“時間交織”和“頻率交織”技術，雙重預防措施，使本來相信的信息單元在時域和頻域都盡可能遠地分開傳送，接收端經過去交織恢復原有的順序。在COFDM傳輸方法中，為防止具有較大時延差的多徑傳播的信號在接收機相遇時總務處符號間干擾，人為地在符號持續(xù)期增加一個被稱為“保護間隔”的時間長度。COFDM是多載波寬帶系統(tǒng)，在特定條件和環(huán)境下可能出現個別載波衰落但它們僅攜帶少量的信息，出現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有模擬AM發(fā)射機的調制通道；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)，送到現有AM機發(fā)射機激勵通道，通過模擬發(fā)射機發(fā)射出數字信號。

3 數字AM制式簡介

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

(1)多載波并行傳輸系統(tǒng)在多載波調制中，采用DAB(數字音頻廣播)中使用的COFDM(編碼正交頻分復用)調制技術，利用多載波寬帶系統(tǒng)同時傳送數據，每個載波采用低速率的QPSK、16QAM、64QAM調制。音頻編碼采用MPEC-4AAC(先進音頻編碼)方法，音頻帶寬可以大于9KHz。多載波系統(tǒng)抗干擾能力強，接收機簡單，但是發(fā)射機的峰值系數較高，對發(fā)射機非線性的校正要求很高。

(2)單載波串行傳輸系統(tǒng)在單載波調制中，使用單個載波，進行多狀態(tài)數字調相(MPSK，M＞4)或多個狀態(tài)調幅調相(32/64-APSK)的調制方法，9KHz或10KHz帶寬，在與模擬調幅廣播同時播出時(各自占用相鄰的獨立頻道)，凈數據率可達10Kb/s-24Kb/s。音頻編碼采用MPEC-4AAC(先進音頻編碼)方法。單載波系統(tǒng)的有點是可以保持模擬發(fā)射的高效率，但接收機復雜。

4 數字AM發(fā)射與接受系統(tǒng)

數字AM系統(tǒng)是以數字處理技術為根本，利用傳統(tǒng)條幅發(fā)射技術，實現調幅廣播的數字化。如圖a和圖b分別是數字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據等信號要先經過信源和信道編碼的數字處理過程，然后加之發(fā)射機處理后通過天線發(fā)射出去。在接受端則要使用與現在完全不同的專用數字接收機，將從天線收到的射頻信號經過解調、解碼，還原成音頻信號和附加數據等。數字AM信號要通過發(fā)射機才能獲得足夠的傳輸功率，基本原理是首先對加至發(fā)射機的音頻信號進行數字編碼處理，再加至發(fā)射機進行高電平放大和再調制，將數字信號變成模擬信號，最后象現有的發(fā)射機一樣進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)射機為PDM或PSM為主，在現有的發(fā)射機上去掉現有的音頻處理器，增加一臺數字調制器，更換一臺數字頻率合成器，對發(fā)射機調制器的低通濾波器截至頻率進行高端擴展，再重新調整發(fā)射機的中和電路等就完成了數字化改造。

5 結語

數字AM發(fā)射系統(tǒng)的一個顯著優(yōu)點是只需要對現存的PDM或PSM發(fā)射機進行改裝，費用低，短期內可在模擬和數字之間切換。發(fā)射機的輸出功率變化靈活，要保持與模擬AM同樣的覆蓋區(qū)，數字AM廣播可將發(fā)射機功率大大降低；要提高業(yè)務可靠性，可以保持發(fā)射機的輸出功率不變。

目前廣播數字化的技術準備已基本成熟，數字中短波廣播技術也已成熟，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，在傳統(tǒng)廣播的基礎上謀求發(fā)展，讓這個傳統(tǒng)媒體繼續(xù)蓬勃發(fā)展，是我們每個從事廣播事業(yè)的人值得探索和思考的問題。

[1]史萍,倪世蘭.廣播電視技術概論[M].中國廣播電視出版社.

[2]李棟.數字AM技術系列報告[R].中國新聞科技,2000.1.