淺析數字音頻廣播

摘要本文分析了數字廣播與模擬廣播的區別，以及DAB系統的技術要點和發射、接收原理，并對DAB技術的應用和展望進行了討論。

關鍵詞數字廣播模擬廣播DAB

中圖分類號:G22文獻標識碼:A

1 引言

傳統模擬廣播作為信息傳播的一種手段，以方便快捷的特性為大眾服務。隨著科技的不斷進步，人們對廣播服務提出了更高的要求，如服務內容形式單一，音質有待改善等，為此，便開展了對廣播的數字革命。

數字廣播是廣播技術發展的必然趨勢，它將傳統模擬廣播的單一聲音業務拓展為能同時傳遞各種諸如圖像、文字、數據、圖片及活動影像等數字業務，為傳統廣播業務的發展開辟了嶄新的應用空間。本文針對數字音頻廣播DAB的概況和應用進行闡述。

2 DAB系統概況

2.1 DAB系統簡介

DAB是數字音頻廣播(Digltal Audio Broadcasting)的英文簡稱，它是繼AM、FM傳統模擬廣播之后的第三代廣播——數字信號廣播，它的出現是廣播技術的一場革命。DAB廣播是以數字技術為基礎，采用經過數字化技術處理的音頻信號，視頻信號以及各種數據信號。在數字狀態進行各種編碼、調制、傳播等處理。在接收過程中，保證高速移動接收的質量，實現CD唱片音質的廣播，還可以完成數據傳輸功能，包括圖文信息、數據信息、甚至視頻圖像。

2.2 數字音頻廣播與模擬音頻廣播比較

數字音頻廣播和模擬音頻廣播相比，有著無與倫比的優勢。普通的調頻和調幅廣播只能傳播聲音，而數字音頻廣播可以高品質的傳送音頻、數據、視頻信號;數字廣播技術能對傳送、發射、接收過程中各種干擾引起的誤碼自我糾錯，保證從節目制作到發射、接收全過程都達到高質量，從而提高廣播系統的整體技術水平，而不會像模擬信號容易受各種干擾而產生失真現象(詳見表1)。

2.3 DAB系統標準

2.3.1 DAB主要標準概況

目前全球數字音頻廣播相關系統之發展，主要有四大標準(見表2);分別是:歐洲Eureka聯盟所制訂的Eureka-147、美國的IBOC(In-Band On-Channel)、法國的DRM(Digital Radio Mondiale)以及日本的ISDB-T(Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting)系統。我國目前正以歐規Eureka-147進行試播，其國家標準至今仍尚未確立。

2.3.2 Eureka 147標準與IBOC標準比較

Eureka 147標準與IBOC標準是目前世界上最流行，同時相互間爭議也最大的兩大DAB標準，但是，由于IBOC技術成熟較晚(2000年才正式確立該標準)，因此推廣上可能遠不及Eureka 147。

歐規Eureka-147系統的優點:(1)頻帶外(out-of-band)的廣播系統。由于Eureka-147系統為頻帶外(out-of-band)廣播系統，與現行的FM、AM廣播并不兼容，故須重新規劃專屬頻道來使用。(2)行動接收能力強。利用保護頻帶(Guard band)及交錯碼(Interleave)方式，可避免多重路徑干擾與多普勒效應所引起的選擇性衰落，使得單一頻道便可達成全區域廣播，即所謂的單頻網絡(Single Frequency Network;SFN)。

美規IBOC系統的優點:(1)不必重新申請新的頻道。與現有廣播系統兼容，故不必指配新的頻段。此外，可同時廣播原來模擬訊號，使模擬到數字的過渡更平順。(2)利于行動接收。IBOC系統采用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的多任務技術，有利于行動接收。

可見，IBOC的DAB系統標準與Eureka 147最大的不同在于，IBOC完全利用了現有的廣播頻率，即將現有AM或FM頻段內數字化，IBOC AM頻寬為20KHz，IBOC FM頻寬則為400KHz，為現行模擬廣播的兩倍。由于IBOC對頻率的節省，也導致了很多先天的缺陷。使其在諸多性能上，特別是在數據傳輸方面，遠不如Eureka 147。Eureka 147標準與IBOC標準比較如表3。

2.4 DAB系統關鍵技術

(1) MUSICAM信源編碼。MUSICAM(掩蔽型自適應通用子帶綜合編碼與復用)技術，即MPEG1聲音標準的第二層，適用于32kHz，44.1kHz，48kHz的取樣頻率，將來DAB也可使用MPEG2聲音編碼標準的第二層，即進行多聲道環繞聲或多語言的聲音編碼或進行半取樣頻率低比特率編碼。

(2)COFDM信道編碼與調制。COFDM(編碼正交頻分復用)技術，在DAB中，信道編碼采用可刪除型的卷積編碼，編碼率可變，根據數據的重要性不同，以及應用條件不同，實施不同的差錯保護(UEP)，對同一種信息，實施相同的差錯保護(EEP)。調制方法為OFDM，許多頻譜成正交關系相距很近的副載波構成一個寬帶系統，每個副載波傳送的數據經頻率交織后分配在各個副載波上，進行差分編碼后對各個副載波進行四相相移鍵控(QPSK調制)，每個副載波形成一個窄帶的于信道，許多載波構成的寬帶系統占據1.536MHz帶寬，可同時傳送6套以上能達CD質量的立體聲節目及數據業務。

(3)同步網技術。為了實現地面大范圍的覆蓋，DAB/DMB可以由幾個工作于相同的頻率，時間同步地發射相同節目的發射臺構成一個同頻發射網。在同頻網中，相近發射臺的功率信號可實現無縫交叉覆蓋，可很好地改善接收效果，使覆蓋的范圍增加了，頻譜利用率高了，每個臺的發射功率卻可以大大降低。

3 DAB發射、接收系統

3.1 DAB發射系統

在模擬聲音廣播中，發射機的輸入信號是低電平的音頻信號、輸出信號是高電平的射頻已調波。因此，聲音廣播發射機可定義為:將低電平的音頻信號變為高電平射頻已調波的裝置。而數字音頻廣播是由單一頻率模塊組成，通過復用可以傳送立體聲或單聲道的廣播，還可以傳送文本和數據。

DAB發射系統由信源編碼器、信道編碼器、多路復用器、OFDM調制器、以及模擬射頻等部分組成，發射系統的原理框圖見圖1。

在DAB系統發射端，輸入信號先經過MUSICAM音頻編碼器進行信源編碼，按照MPEG標準將數據率降低，得到的音頻壓縮數據經信道可刪除型卷積編碼;編碼信號送入多路復用器與數據業務一起復用，復用信號以包的形式送往OFDM編碼器和I/Q調制器，進行信道編碼和調制，產生出中心頻率為2.048MHz、帶寬為1.536MHz的OFDM基帶信號，DAB發射機再將低電平OFDM基帶信號變為高電平射頻信號，對OFDM基帶信號進行頻率變換和功率放大，并通過天線進行發射。

3.2 DAB接收系統

DAB數據的接收須使用專用的接收設備，在接收端對信號按照與發射端形成的發射信號相反的順序進行解調處理，最后提供音頻廣播節目和數據業務。接收機由調諧器、DAB解碼模塊、數據業務解碼器、接口及系統總控等部分組成。DAB接收系統的原理框圖見圖2。

接收機的高頻部分首先是從分配給DAB使用的頻段中，選擇出所需要傳送聲音節目和數據業務的頻率塊(帶寬為1.536MHz)，然后經過頻率變換，得到中頻信號和基帶信號;中心頻率為2.048MHz、帶寬為1.536MHz的基帶信號送入OFDM解調器，以獲得相應于發射端通過復合器而形成的復合信號;然后通過解復用器將音頻信號送入信道解碼器解碼，接著進行信源解碼，音頻綜合，最后經D/A還原成模擬音頻。而從解復用器出來的數據業務，則送入數據業務電路處理，完成數據業務的解碼與顯示部分。

4 DAB的應用和展望

4.1 DAB的應用

4.1.1 DAB的廣播數據業務

數據業務是數字廣播技術的重要應用，可以對實時信息接收和大量數據傳輸提供最好的支持，為大眾提供多種實用信息服務，如交通誘導、實用消費信息、財經資訊等。

(1)智能交通誘導的實現，是通過車載數字廣播接收系統和車載GPS系統的結合，通過向接收端傳輸實時交通信息，從而為司機提供動態的路況和交通信息。

(2)在個人電腦、筆記本電腦和掌上電腦等接收終端上加裝數字廣播接收裝置后，就可以為個人投資者傳輸實時更新的包括股票、外匯，以及各種圖文信息在內的多媒體財經資訊。

4.1.2 數字多媒體廣播

數字多媒體廣播(DMB)是從數字音頻廣播(DAB)基礎上發展而來的。數字多媒體廣播是基于數字廣播傳輸平臺，傳輸包括廣播節目、電視節目和數據信息等多媒體信息的數字廣播技術。充分地利用了DAB技術優勢(能在高速移動的情況下可靠接收信號)，在功能上將傳輸單一的音頻信息，擴展為數據、文字、圖形與視頻等多種載體，享受到更為豐富的，音質純凈的廣播，畫面流暢生動的電視節目以及迅捷快速的數據服務，為大眾提供了一個優良的服務平臺。

數字廣播已經進入了數字多媒體廣播的時代，通過手機、電腦、便攜式接收終端、車載接收終端等多種接收裝置，就可以收看到豐富多彩的數字多媒體節目。由于數字壓縮技術的不斷改進，接收機功能的不斷完善，特別是價格的下降，有力地促進了DMB的發展。現在已經完成了從DAB向DMB的過渡，正在開始走進大眾的日常工作和生活之(下轉第138頁)(上接第125頁)中，完成走出試驗室、走向推廣應用的新局面。

4.2 DAB的展望

為了服務2008年北京奧運會，北京地區已經成功地進行了數字音頻廣播試播，標志DAB數字音頻廣播已在我國成熟應用發展。通過DAB移動多媒體廣播推出包括政務信息、生活信息、城市信息、交通信息等在內的公眾信息發布平臺，也將成為人們生活中不可缺少的信息工具。

配合DAB廣播系統能提供的各種先進功能，以及多媒體信息傳輸服務與衛星定位、導航的潮流，未來的DAB接收機發展趨勢是朝向整合性的信息與通訊應用系統發展，配備微電腦控制芯片、大容量記憶及儲存裝置、大面板的高清晰度薄膜液晶顯示屏幕、親和的圖形使用接口等外圍附件，并與GSM等移動電話系統及GPS衛星定位系統等結合為一互動網絡，開創數字廣播服務的新紀元。

5 結束語

DAB數字音頻廣播將大舉改革廣播服務的結構并創造商機。它的應用、發展、功能的日新月異和不斷推陳出新的數據業務，將廣播電視、移動通信、衛星通信、光纜通信、微波通信融會貫通，有極強的競爭力和發展潛力，必將帶動相關產業，產生更大、更多、更好的經濟效益和社會效益。