地面數字廣播技術特點與發展

譚震彪

摘? 要：文章通過對正在使用的主流地面數字廣播技術介紹，概括各國在這些技術標準的選擇和應用，引出我國地面數字廣播試驗和即將采用的標準，展望地面數字廣播的未來。

關鍵詞：地面數字廣播;DAB;DRM;HD Radio;CDR

中圖分類號：TN934.3? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）30-0153-02

Abstract： By introducing the main terrestrial digital broadcasting technology being used， this paper summarizes the selection and application of these technical standards in many countries， leads to China's terrestrial digital broadcasting test and the standards to be adopted， and looks forward to the future of terrestrial digital broadcasting.

Keywords： terrestrial digital broadcasting; DAB; DRM; HD Radio; CDR

引言

傳統模擬廣播（短波、中波、調頻）抗干擾能力差，容易在接收終端產生失真和噪聲，傳輸效率較低，耗能比較高，在有效頻譜資源應用的頻道少，而且因多普勒效應造成的不能高速移動穩定接收等限制了應用。數字廣播技術能彌補這些不足之處，可以對數字信號進行適當延時和加擾等處理，通過計算機互聯網絡實現資源共享，進行多種形式的多媒體廣播。在采用數字化技術后，設備可以多功能化和智能化、重量輕、可靠性高、體積更小、功耗低，而且還衍生出很多新的應用，地面數字廣播技術的研發和應用成為大勢所趨。

1 數字音頻廣播（DAB）

（1）DAB是從1987年成立“EUREKA-147”項目開始，到1995年DAB的正式規范（EN300 401）出臺[1]。1995年9月英國BBC首先開始了DAB的正式廣播，于1996年底由原廣電部與歐共體合作共同組建廣東佛山先導網，也是我國的第一個DAB先導網。2006年5月由國家廣播電影電視總局發布了我國的數字音頻廣播標準：GY/T214-2006《30MHz-3000MHz地面數字音頻廣播系統技術規范》。（2）DAB采用COFDM傳輸方式，整個帶寬系統占據1.536MHz，可同時傳送6套以上具有CD質量的立體聲節目以及數據業務。DAB具有強抗干擾能力，能夠達到便攜式接收和高速移動穩定接收的要求。還可以在一個頻率塊內傳輸發射多個節目，適合廣泛地區聯合組成同步網實現頻道資源共享，提高傳輸效率。（3）DAB在全世界范圍內應用最廣，技術也最為成熟，而且有的地區已經將其發展成為DAB+。雖然我國在2006年就已經將DAB技術作為中國數字化廣播的行業標準，但由于不能實現模數同播、頻率資源需要重新調整、接收機價格昂貴以及非自有知識產權等原因，DAB在我國的發展還在原地踏步。

2 數字多媒體廣播T-DMB

T-DMB是在DAB基礎上發展起來的，DMB也具有 DAB的所有功能。在將音頻信號和各種影像、視頻、數據業務等信號進行編碼、調制、傳遞處理，在接收終端解碼放大得到比傳統廣播更加豐富的音視頻和圖文等內容。這種廣播技術跨越了傳統廣播單純的只能聽的鴻溝，使得廣播內容豐富多彩以及格式多樣，在韓國應用得很廣泛。DAB/DMB被譽為是完美地結合移動視頻和音頻的數字地面廣播技術，是目前全球采用最廣泛的地面數字廣播標準。

3 數字短中長波廣播（DRM）

（1）在1998年3月于中國廣州成立了數字AM廣播的國際組織，稱為DRM（Digital Radio Mondiale）聯盟，就這樣數字AM系統產生了。ETSI在2001年10月將DRM系統標準化， IEC在2002年3月通過了DRM系統規范，奠定了AM波段廣播數字化的基礎。（2）30MHz以下長、中、短波是DRM主要應用頻段， DRM還被ITU定為唯一的短波波段數字聲音廣播技術。DRM是一種真正意義上的帶內同播標準，發射系統的改造費用較低，支持模擬廣播和數字廣播在同一部發射機上發射。但是因為需要克服第一鄰頻和第二鄰頻干擾現象，DRM數字廣播載波功率也由于采用帶內同播技術而受到限制，使得廣播信號覆蓋范圍縮小。當DRM在純數字模式下發射的時候，一定的覆蓋范圍內，用模擬AM的1/4功率就可以實現。當用相同的功率發射時，DRM能夠覆蓋更廣闊的范圍。另外，DRM在室內也可以良好接收，這是因為工作在較低的頻率，具有較長的波長，表現出較強的繞射能力。在發射傳輸傳統的音頻廣播節目同時，DRM還可以傳送音頻廣播內容相關的文字信息、股票資訊信息、實時交通信息以及天氣預報等信息。對經營者來說非常重要的是DRM作為非專利系統，在同一個平臺上，全世界各地的媒體運營者和設備制造商進行合作，使DRM系統有更好的實用性和經濟性。（3）DRM標準能夠對中波與短波進行數字化升級，得到世界各國的一致認可。在DRM組織成立之初，我國也已經積極加入了該組織并且組建了試驗網。采用了DRM廣播技術后，能夠提供立體聲且音質可以達到FM水平的廣播，同時，DRM可以實現移動車載穩定接收，又能應對大城市傳輸的惡劣信道環境。在設備升級方面，對大部分類型的短波和中波發射機進行微小改動，就可以完成數字化改造工作，顯得更加容易推廣普及。（4）DRM系統采用了COFDM技術，在各種不同的運行條件下，可以有不同的傳輸模式供選用。DRM可以使用原有的頻道和帶寬（9kHz或10kHz），也可以在頻率規劃允許的情況下擴展占用鄰頻道[2]。（5）DRM系統中最關鍵的技術之一是信源編碼方法。為了能夠用固定的比特率下提供更好的質量，DRM系統使用了屬于MPEG 4的不同信源編碼方案，以適應在數字AM廣播中不同節目（音樂/語言）和不同帶寬的需要。DRM系統可以用于短波、中波和長波等波段，是世界上唯一的非專利的數字系統，在原有的頻率和帶寬的基礎上，對模擬AM廣播能產生重大改善。我國短波廣播最佳方案是采用DRM標準，主要是因為我國短波的聽眾主要分布在海外，使用普通的DRM接收機就可以收聽到音質比之前好的廣播。（6）DRM組織在2005年3月通過了DRM技術系統可以在高頻段頻率范圍使用的“DRM+”標準（直到120MHz），作為現有ETSI標準DRM的擴展。DRM+的信號帶寬完全與FM頻段規劃的頻率間隔相一致，約為100kHz。DRM+可以傳輸最多達180kb/s的數據率（16QAM調制），也可以在一個頻道中傳輸更多不同的音頻節目。DRM+不僅是數字聲音廣播傳輸系統，還開辟了多聲道環繞聲的傳輸或節目相關數據等附加信息的傳輸，是一種具有多媒體廣播功能的系統。從目前的應用看，DRM+的數據率能夠讓節目達到CD質量;可以做成同步發射網;可以在室內接收，也能在300km/h的移動速度下穩定接收;利用DRM+可以靈活地對單個模擬FM發射機進行數字化改造，對已有FM覆蓋不產生額外影響。

4 HD Radio技術

（1）高清晰度廣播標準（HD Radio）是美國提出的一項數字廣播技術，并且于2002年將這一技術批準為AM、FM的數字廣播標準。在現有模擬廣播的頻譜基礎上，利用HD Radio技術能夠提供數據業務以及高清晰度的數字聲音廣播內容，可實現數字廣播與原來模擬廣播同時播出，具有極好的兼容性。HD Radio是基于由iBiquity Digital公司開發的IBOC（帶內同頻道）技術，技術系統使用的信源編碼方法是HE AAC-V2，采用可刪除型卷積編碼和應用了頻率交織與時間交織技術。HD Radio數字信號被放置在現有AM和FM邊帶中的任意一個之上，其工作頻率與目前用在AM和FM的頻率相同。在AM波段（頻率530kHz-1705kHz），常常將同一個節目以數字和模擬兩種格式一起發射（同時聯播），在頻率為88至108MHz的FM波段也可以采用同時聯播模式。（2）FM HD Radio是一種正交頻分復用（OFDM）系統，將一組數字邊帶放在常規FM 信號兩邊。FM HD Radio電臺可以分割其數字OFDM載波，具有多播能力，可產生多達 8個附加廣播信道。FM HD Radio系統可分為三步來實現最終的全數字信號頻譜：混合模式、擴展混合模式以及全數字模式。（3）AM HD Radio也是OFDM系統，該系統將一系列的邊帶引進到正常AM信號兩邊。該系統可轉換成全數字數據，以提高輔助數據率和改善音頻質量，又能與現有的模擬調幅接收機相兼容。（4）我國現在實行AM廣播采用的是國際標準（9kHz），而AM HD Radio廣播標準的頻率間隔是10kHz，這樣就與我國頻率規劃有沖突，并且在頻率帶寬的設置上也不一致，使用時需要對頻段重新進行設計改造，還不能實現單頻組網，這就決定了AM HD Radio 標準不適用于我國情況。

5 日本的數字廣播ISDB-T

日本數字聲音廣播業務涵蓋在數字電視地面傳輸標準ISDB-T中，ISDB-TSB是有關聲音內容方面的標準，使用頻段為VHF/UHF。ISDB-TSB（用于地面聲音廣播的綜合業務數字）系統于1999年11月成為日本的標準。東京和大阪電臺在188MHz和192MHz頻段從2003年10月開始，啟用ISDB-TSB。

6 調頻頻段數字音頻廣播（CDR FM）

（1）CDR FM（調頻頻段數字音頻廣播系統）是工作于87MHz-108MHz（傳統模擬調頻廣播頻段）的數字廣播系統[3]。CDR FM通過數字編碼調制技術，采用100kHz作為基本子帶帶寬，進行數字音頻廣播業務以及數據等業務的播出，可支持多個連續子帶捆綁在一起工作，最大支持8個子帶從而提高傳輸容量。

（2）CDR FM標準是一種真正的帶內同播技術，靈活的頻譜配置使得音頻質量較好，能夠實現模擬廣播到全數字廣播的平滑過渡，技術先進可靠，還支持高速移動穩定接收。CDR FM頻譜規劃見圖1，可以支持三種基本的頻譜模板，即數字臺與單聲道模擬臺共存、數字臺獨立存在、數字臺與立體聲模擬臺共存。（3）我國已經在2013年于北京、廣州、深圳等多地建立了CDR FM試驗網，這是我國自主研發的數字音頻廣播標準。CDR FM的頻譜利用率非常高，具有靈活的頻譜配置方式，在應用上可以適用多種場景。其采用的信源編碼技術，是我國具有自主知識產權的技術規范，無論是在專利費還是芯片費用上，都是處在比較低的水平，這樣就容易實現該技術方案的產業化和快速發展。

7 結束語

地面數字廣播采用了COFDM傳輸方式，具有高速移動抗干擾強的能力，可以實現同頻組網，節省頻率資源，以低的發射功率達到所需覆蓋區域，這些都是以往模擬廣播無法比擬的。地面數字廣播能以低成本實現一對多，有高可靠性，還具有預警和應急響應方面優勢，加上可以用推送接收來改善使用者對節目自選的體驗，讓聽眾能自主聽、看、讀，從而真正享受廣播帶來的無窮樂趣。使傳統廣播具有多媒體廣播的特性，超越了單純傳播聲音的局限，極大地拓寬和延伸了廣播的傳播功能。相信隨著數字化技術和設備的日臻完善，廣播技術數字化步伐會邁得越來越大，在5G通訊來臨的時代，地面數字廣播會因其特有的優勢而得到廣泛的應用，得到更大發展。

參考文獻：

[1]李棟.數字聲音廣播[M].北京：北京廣播學院出版社，2001：144.

[2]李棟.數字聲音廣播[M].北京：北京廣播學院出版社，2001：473.

[3]國家廣播電影電視總局.CDR標準[S].2013，11.