數字調幅廣播系統中的信道編碼和調制技術研究

侯玉芬

摘要：在廣播事業中模擬廣播扮演著重要的角色，但目前，其發展困難重重，為了推動廣播事業的健康與穩定發展，先進技術的研究與應用得到了高度的關注，如：信息技術、數字技術、網絡技術與通信技術等。為了適應時代發展的需要，本文介紹了數字調幅廣播的概況，分析了低密度奇偶校驗碼（Low-density parity-check，LDPC）與正交頻分復用調制（Orthogonal frequency division modulation，OFDM）技術，重點闡述了速率兼容的LDPC碼及基于LDPC碼的多層編碼調制系統，旨在滿足數字調幅廣播系統的發展需要，使其服務質量不斷提高。

關鍵詞：數字調幅廣播系統；信道編碼；調制技術

中圖分類號：TU746 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2016）01（a）-0000-00

隨著科學技術水平的提高，在計算技術、數字技術、網絡技術及通信技術支持下，傳統模擬廣播的發展受到了嚴重的挑戰，其缺點也日漸顯現，如：較差的傳輸質量、單一的業務及較強的干擾性等，為了適應社會發展的需要，數字廣播隨之出現。數字化與信息化時代，數字系統的應用范圍不斷擴展，為了不斷提高廣播的數字化與現代化水平，本文重點研究了數字調幅廣播系統中的信道編碼與調制技術，旨在為其發展奠定堅實的基礎。

1 數字調幅廣播的概況

1.1 數字廣播

自廣播領域應用數字技術后，隨之出現了數字音頻廣播，它作為新的廣播系統，采用了1.536MHz頻道帶寬與OFDM+DQPSK調制技術，同時每個子信道利用差分調制，以此避免了信道估計問題的出現。數字音頻廣播具有良好的抵抗能力，同時其服務質量也有所提高，但它也存在不足，主要表現為需要新的頻點與發射設備，同時其接收機也具有一定的特殊性，因此，制約了其進一步推廣。此后，30MHz以下頻段中短波AM廣播得到了人們的廣泛關注，為了使其實現數字化，各國均對其展開了研究。目前，此頻段主要為模擬廣播，其最為突出的問題便是干擾，但該頻段下的調幅廣播優勢明顯，如：較廣的電波覆蓋范圍、較遠的傳輸距離、雄厚的聽眾基礎、低廉的接收機等，因此，其中波與短波廣播吸引了各個廣播公司[1]。

通過對調幅廣播的研究可知，其缺點主要表現在以下幾方面：一是較低的傳輸質量，在實際傳輸過程中極易受到干擾，如：中波受電波衰落的影響，短波受同頻與鄰頻的干擾，同時也受電離層的影響；二是單一的業務，對于一部發射機而言，其利用一個載波頻率，僅能夠傳送一套廣播節目，未能滿足多媒體廣播的發展需要；三是，較小的頻帶寬，各傳輸帶寬均不足4.5kHz。

1.2 數字調幅廣播

在廣播事業發展過程中，傳統模擬廣播缺點日漸明顯，為了推動廣播的發展，數字調幅廣播吸引了眾人的目光，通常情況下，其發展目標為：其一，良好的音頻質量，數字廣播借助95kHz寬帶，使音質達到甚至超過FM廣播廣播水平；其二，較高的可靠性，在數字廣播與模擬廣播同播基礎上，進一步提高系統抗干擾能力；其三，豐富的數據信息，數字廣播應對多媒體數據進行傳輸，如：圖像、文字與動畫等；其四，偏低的改造成本，在對模擬廣播進行改造時，應控制其成本，并且要求數字廣播的接收機應具有經濟性與便攜性[2]。

同時，我國中短波廣播的數字化發展具有積極的意義，在制造商方面，將模擬廣播改造為數字廣播，其覆蓋范圍將進一步擴大，作為廉價的傳媒，通過更新換代后，將擁有更為廣闊的市場空間。同時，廣播過渡發展時期，既有的中短波收音機需要配置數字廣播接收附件，以此促進了相關產業的發展。在國家方面，模擬廣播實現數字化與產業化發展后，適應了我國廣播行業發展的需求，同時也為自然災害及重大事件等報道提供了便捷、高速及動態的媒介。

2 數字調幅廣播系統中的信道編碼與調制技術

在數字調幅廣播發展過程中，最為關鍵的技術便是數字技術，在信號發射、接收、傳輸等過程中需要不同的技術，主要包括數字壓縮技術、信道編碼技術與調制解調技術[3]。本文主要對后兩種技術進行了介紹，具體內容如下：

2.1 信道編碼

信道編碼主要用于傳播于電離層的短波信號，通過國內外學者的不斷研究，提出了LDPC，它的優點為：接近信道容量的性能及較低的譯碼復雜度[4]。但相關的研究均是針對無記憶信道而言的，對于數字通信系統來說，其信道具有記憶性，因此，為了發揮LDPC碼的作用，相關學者探討了有記憶信道上的LDPC譯碼。雖然有限狀態馬爾科夫（Markov）模型可描述信道錯誤噪聲，但通過研究發現，在有限狀態Markov信道上，借助Markov信道記憶特征的聯合估計和譯碼算法的性能較為顯著[4]。在國外學者努力研究下，闡述了聯合估計和譯碼算法的兩個相互迭代部分，分別為標準的和積譯碼算法與前向后向算法，但此時譯碼器的性能相對較低，為了有效解決此問題，應對LDPC譯碼算法進一步改進，通過研究，提出了基于噪聲軟判決的聯合估計與譯碼算法，它利用前向后向算法，實現了信道似然比的重新估計，同時在和積譯碼算法中利用概率消息傳遞策略對信息進行更新，從而提高了譯碼器的性能[5]。

在時變衰落信道上，選用的差錯控制策略是結合不同信道條件以此確定的編碼速率，為了保證此策略的有效性，需要使用速率兼容編碼，即：采用一系列不同的速率碼，其中涉及的碼可利用相同的編碼器或譯碼器進行編譯碼。在實際構造速率兼容編碼過程中，長采用刪余方法，此方法主要是利用低速率碼，在傳輸中刪除特定的比特位，從而實現了編碼速率的提高。目前，BCH碼、卷積碼與Turbo碼是最為常見的速率兼容刪余碼，前兩種易于實現，但缺點為不能提供接近容量的性能，后者擁有良好的性能，但其缺點為較高的譯碼復雜度。與Turbo碼相比，LDPC不僅具有較高的性能，同時其譯碼復雜度相對較低，因此，國外學者對其展開了研究，并提出了速率兼容LDPC碼，此后，相關學者對其構造展開了研究，但由于缺少理論支持，導致刪余LDPC碼缺少最優化[6]。

為了優化致刪余LDPC碼，應采用高斯近似分析法，在此思想指導下，明確刪余LDPC碼的信息傳遞譯碼算法，并推導出迭代公式，同時利用此公式觀察刪余分布情況，了解刪余LDPC碼的性能，在此基礎上，便可實現對最優刪余LDPC碼的構造，同時也保證了其具有較強的實用性。

2.2 調制技術

OFDM多載波調制技術，具有簡明性與高效性，它與LDPC結合后，便可構成OFDM調制解調系統。

在移動無線環境中，頻譜資源具有有限性，為了促進資源的高效利用，通信傳輸的可靠性需不斷提高，而通信質量提高的主要方法便是信道編碼，將其與調制技術結合能夠獲得高效的數字傳輸方案。通過相關學者的研究提出了TCM與BCM編碼調制方案，二者具有典型性，但在移動通信中，信道衰落所引起的長突發錯誤，使其二者難以滿足數字廣播發展的需求，因此，在數字調幅廣播系統中應采用多級編碼調制，通過研究提出了基于LDPC碼的多層編碼調制系統，此方案主要是聯合編碼與調制，通過優化處理以此保證傳輸性能的提高[7]。

3總結

綜上所述，在廣播數字化發展過程中，數字調幅廣播系統的信道編碼與調制技術研究得到了廣泛的關注，本文介紹了數字調幅廣播的概況，探討了數字調幅廣播的信道編碼與調制技術，相信，在現代技術支持下，數字調幅廣播系統的發展目標將逐步達成，同時我國廣播事業發展也將更加穩定與高效。

參考文獻

[1]徐文波.基于FPGA的數模同播調頻廣播發射機設計與實現[D].桂林電子科技大學，2012.

[2]崔天夕.中波廣播發射系統DRM改造理論淺析[J].電子世界，2014，02：104-105.

[3]溫慧明.DRM數字調幅廣播技術及在DX發射機進行DRM試驗的探討[J].衛星電視與寬帶多媒體，2010，10：58-63.

[4]劉小林.多天線場景下多媒體傳輸系統的研究[D].中國科學技術大學，2013.

[5]黃熹媛，陳俊.數字音頻廣播信道編碼調制系統研究與仿真[J].有線電視技術，2013，11：14-16.

[6]耿欽，竺小松，陳學辟.基于Simulink的DRM信道編碼仿真[J].電子測試，2011，09：65-68.

[7]徐淑正，皇甫麗英，孫憶南.數字廣播應用于實驗教學的探索和實踐[J].實驗室研究與探索，2015，10：210-215+253.