模擬調幅發射機的DRM改造

文丨程 英

（福建省廣播電視傳輸發射中心103臺，福建福州 350011）

1 模擬調幅數字化改造的必要性

AM廣播作為第一代廣播技術，一直被世界各國作為主要的信息傳播的技術手段之一。AM廣播由盛至衰的重要原因是其技術模式已不適應現代條件下人們對廣播服務的需求。AM廣播的數字化，可以使聲音質量得到明顯的改善，從而吸引更多聽眾。此外，數字化后，可以通過傳輸附加數據，例如電臺名稱和替換頻率，可使接收機的操作變得簡單容易。從頻率資源的利用來看，30MHz以下的廣播波段有其特有的性能，他能實現遠距離和大范圍的覆蓋。是實現地區性、全國性及國際性廣播覆蓋的最好手段之一，而且它的良好的快速移動接收特性是其它數字傳播媒體所不能相比的。

2 模擬調幅發射機DRM改造數學原理

DRM是基于現有中短波數字廣播的系統規范標準，在單頻道9KHZ(10KHZ)或者雙頻道18KHZ（20KHZ）的現有中短波廣播帶寬內實現數字調制。我們對PDM發射機的改造是由PC組成的發端平臺產生DRM基帶信號，然后經過對DRM基帶信號分離的幅度和相位信息進行第二次調制。DRM基帶符號可表示為：

(l+Nsm)Ts≤t≤(l+Nsm+1)Ts

其中k表示載波編號，l表示OFDM符號編號，m表示傳輸貞編號，K表示發射的載波總數，Ts表示符號周期，Tu表示載波間隔的倒數，Tg表示保護間隔持續期，fc表示射頻信號的基準頻率，Cm,l,k表示第m貞中第l個數據符號分配在第k個載波上的復數符號。對上述基帶信號進行的再次調制，發射的DRM調制符號可表示為：

上式也可以表示為：

上面兩個式子是等同的。我們利用傳統發射機調制大功率DRM信號時，須將S(t)信號分為包絡分量At和高頻調相分量，cos(ωct+φt)將At分量送到發射機音頻支路進行線性放大，將cos(ωct+φt)分量送到發射機高頻支路，利用C、D類放大管進行無失真放大，然后將大功率At的和cos(ωct+φt)送到發射機的混頻管中混頻，得到大功率的信號，實現DRM信號的放大調制。此方式既可以充分利用傳統發射機的現有電路設備，同時也實現了高效的放大調制，節約電力。我們對傳統發射機的改造就是基于這種思路的。

3 PDM機的DRM改造

3.1 PDM 機改造的基本原理

中波模擬發射機采用幅度調制方式發射，而DRM的數字基帶信號必須經過變換，進行幅相分離才能在現有發射機上進行傳輸發射，對于國內大量的PDM和DAM（數字式）調制方式的中波發射機，其末級功率放大采用橋式丁類非線性放大，要保持這樣的高效率放大調制形式，減少對發射機的改動，必須首先分離出DRM基帶信號的幅度和相位信息，幅度信息經低頻通路處理，相位信息經高頻通路，最后在末級進行混頻放大形成幅相包絡波。

3.2 PC發端平臺

PC發端平臺是基于DRM規范標準，WINDOWS2000操作系統軟件平臺支持下的通用PC組成的應用系統。內嵌各功能模塊的軟件代碼，分為編碼復用模塊、信道編碼模塊和OFDM生成模塊，輸出DRM基帶信號。

發端平臺的系統結構如圖2所示。

3.3 接口適配卡

圖1 為PDM發射機改造成DRM發射機的簡單流程

圖2 PC發端平臺框圖

發射機接口適配卡是DRM發端平臺與發射機間完成信號轉換和電路匹配的接口電路，可適用于與不同調幅制式發射機的配接。

3.4 對PDM3KW機發射機端的改造

本次對一部上海明珠廣播電視科技有限公司產TS－03C的PDM調幅發射機進行DRM改造實驗，頻率為1008KHZ，功率3KW。本頻率為實驗頻率，試驗的目的是為了驗證DRM改造后的實驗機在滿足壓制條件下的播出效果。（1）PDM低通解調器的帶寬應該至少擴展到調幅音頻帶寬5KHZ的7到8倍約35KHZ以上，才能形成良好的包絡形狀和肩距。在實際測試中TS-03C發射機的PDM解調中的低通濾波器上限頻率均能達到40KHZ的要求，因此，不用對其進行通帶擴展。（2）將原發射機的高頻激勵器換成直接數字頻率合成器（DDS）。DDS接收I／Q數字信號，產生等幅調相的高頻載波信號，這一信號經中間放大器發大后，經過功率放大器均分給4個調制功放盒，對與這一信號，要求電壓應在5VP-P,輸出阻抗為75Ω。（3）將原有的調制推動器改成能接收I／Q數字信號的PDM形成電路。PDM形成電路讀取I／Q數字信號后進行幅度運算轉換，將此幅度信號與72KHZ的三角波信號進行比較，形成PDM脈寬信號后，輸出至調制功放盒，直接驅動末級功放模塊，進行調制放大。對于本單元電路輸出脈沖幅度要求13V。在本次試驗中，我們采用了中國傳媒大學提供的D/A轉換及PDM形成電路小盒替代原有的調制推動小盒，很好的滿足了試驗的要求。（4）對于包絡信號和載波信號的末級調制同步問題，由接口適配卡提供一個FIFO存儲器來對其中一路信號進行延時，而延時量由PC發端平臺提供一個控制信號來控制，可由PC端軟件界面輸入延時量來調整。

4 發射機DRM改造后進行外場測試

4.1 測試數據

我們在福州地區市區中心范圍和近郊四個方向開展外場測試試驗，在對抗干擾條件下進行同機同頻率（頻率1008KHZ 3KW的PDM發射機）模擬調幅播出和DRM數字播出。以下是測試的部分數據。

4.2 收測的結果分析

（1）DRM發射功率僅需要模擬發射功率的三分之一就能達到原來模擬發射的覆蓋范圍，且數字接收解碼音質清晰流暢。（2）在本地場強覆蓋范圍內，遠地開機下用模擬接收機收聽本頻道內近似“白噪聲”，也就是DRM發射功率僅用了原模擬實驗發射功率的五分之一,即0.6KW已能有效壓制。（3）對AM信號造成影響的高山、大的鋼筋混凝土建筑物，對DRM信號依舊產生同樣影響，如何作改善還需作進一步的探索。

表1 數模播出接收效果測試

4.3 結論

（1）現有的傳統高效率的調幅發射機可以通過數字化改造，以較小的成本實現DRM廣播的播出。（2）在保持相同覆蓋的情況下，由于數字傳輸本身具有的特性，DRM發射機比模擬AM發射機的功率可降低到1／2～1／4以上，即降低6～8DB。（3）DRM廣播能夠顯著提高AM波段聲音廣播的質量，在保持現有帶寬9kHz或10kHz的情況下，利用音頻數據壓縮技術和DSP(數字處理)技術，可達到調頻FM廣播的質量，如果帶寬加倍，可達到CD質量水平。

5 結束語

DRM技術作為AM廣播數字化改造的載體，可以克服現有模擬AM廣播傳輸信號不穩定、聲音質量差和抗干擾能力弱等弱點，可以令傳統AM廣播的內涵與特點得到充分的擴展，具備應對其它領域挑戰的能力。本文通過介紹利用自身條件，對現有PDM～3kW中波發射機進行改造，發射出DRM信號，進行DRM廣播的試驗情況，希望能對相類似情況中波發射臺利用自身條件實行DRM試驗和探索起到拋磚引玉的作用。希望隨著對DRM 廣播試驗的深入開展，在不斷的探索改進中,DRM 技術將日臻完善和發展。

[1] 李棟. 數字聲音廣播. 北京廣播學院出版社，2001（3）.

[2] 上海明珠廣播科技有限公司. TS-03C 3KW全固態PDM中波廣播發射機技術說明書，2005（1）.

[3] 張丕灶，等. 全固態脈寬調制中波發射機. 廈門大學出版社，2005（9）.