數字廣播的創新方向和發射技術研究

楊勝杰

（深圳市廣播電視技術中心，廣東 深圳 518000）

0 引 言

數字廣播發射技術是在傳統廣播技術的基礎上通過一系列改革和創新后衍生出的一項新技術。新時代背景下，傳統廣播技術存在功能單一、安裝維護復雜、兼容性較差、音質不純凈、易受干擾以及無法遠程控制等問題，在一定程度上阻礙了廣播技術的發展。為了有效解決這些問題，數字廣播發射技術應運而生。如今，數字廣播發射技術在各個領域得到了廣泛應用，并取得了比較大的進步和成果。

1 數字廣播的概念

數字廣播一般是指基于數字狀態，對數字化了的視頻信號、音頻信號及各種數據信號進行各種調制、編碼、傳輸等處理。實際上，數字廣播有別于傳統意義上的幅度調制（Amplitude Modulation，AM）、頻率調制（Fequency Modulation，FM）廣播技術，其借助地面發射站，以發射數字信號的方式來實現數據資訊的傳輸及廣播目的[1]。與FM、AM相比，數字廣播具有如下優勢：

（1）音質純凈，能夠與CD 的音質相媲美；

（2）可用于便攜、固定和移動收聽，即使在快速移動狀態下也可以達到較好的收聽效果；

（3）具有較強的抗干擾能力和較好的收聽效果；

（4）具有發射帶寬使用充分、發射功率低等優點；

（5）除了音頻節目，數字廣播還能夠提供數據服務和數字多媒體廣播服務。

2 數字廣播發展現狀

2.1 數字廣播發展歷程

與傳統AM、FM 廣播技術進行對比可以發現，雖然數字廣播仍需要依靠地面發射站來完成信號發射工作，然而其是對數字信號進行發射，以此實現數據資訊傳輸和廣播的目的[2]。德國廣播技術研究所于1980 年第一次提出數字廣播技術的概念，選擇了Eureka147 系統。該系統名稱最初是歐洲國家組建的研究合作團體名稱。數字信號廣播起初是在該團體技術開發過程中衍生而來的一項技術，人們習慣性地稱該項目為Eureka147 計劃。隨著近些年來的不斷發展，Eureka147 計劃開始日趨成熟，并頒布了一套系統、完善的數字廣播技術標準，被稱為Eureka147 標準，在世界范圍內得到廣泛應用。1994 年，國際電信聯盟將Eureka147 標準定義為國際標準。如今，世界上共有超過30 個地區和國家進行了數字廣播節目的開播或試播，并達到了預期的播放效果。

2.2 數字廣播現狀

信息化時代的發展，為數字廣播技術的發展提供了保障。在Eureka147 標準下發展而來的數字多媒體廣播技術開始在越來越多的領域得到應用。2006 年，歐洲電信標準研究所頒布了與數字廣播相對應的多媒體視頻業務技術標準。通常情況下，大眾可以借助電腦、手機、車載接收終端、便攜式接收終端等多種接收設備來隨時收看數字多媒體節目。如今，越來越多的國家和地區所出臺的政策并未允許數字廣播參與到視頻節目播出中，由于在人們日常使用中，傳統FM 廣播已打下了堅實的基礎，這就使得數字廣播技術在非實時推送式廣播中得到了廣泛應用。

雖然數字廣播技術在我國起步比較晚，然而已經取得了比較良好的發展效果，且技術日趨成熟。2009年，北京悅龍數字廣播傳媒科技有限公司自主研發了基于數字廣播技術發展而來的推送式廣播技術，將傳統實時廣播拓展為非實時和實時兼容的一項新型廣播服務，有效推動了數字廣播技術的發展。

3 數字廣播常見發射技術

3.1 數字調幅廣播技術

隨著數字化時代的發展，數字調幅廣播技術成為提高廣播覆蓋范圍的關鍵技術。其具有高速移動接收的優勢，是其他數字傳播媒體所不具備的一項優勢[3]。因此數字調幅廣播技術在數字廣播中得到了廣泛應用。數字調幅廣播技術可使用已有的寬帶與頻率來完成數字廣播工作，具有如下特點：

（1）在覆蓋范圍相同的條件下，數字調幅廣播技術與其他數字傳播媒體相比，具有更好的發射效率和更低的輻射功率，既可以降低能源的消耗，而且可以避免電磁污染；

（2）具有較強的抗干擾能力，進而提高數字廣播效率；

（3）在帶寬相同時，通過對數字信號處理、音頻數據壓縮技術的合理應用，可以有效提高傳送音質的質量。同時，數字調幅波段信號傳輸具有較高的可靠性；

（4）支持模擬及數字信號的兼容傳輸，即所謂的同時播放；

（5）可以最大化利用現有頻譜資源；

（6）數字調幅廣播頻率小于30 MHz，使得其具有非常強的穿透能力和繞射能力，而且具有比較廣闊的覆蓋范圍，能夠支持移動接收和便攜接收。

3.2 數字音頻廣播技術

歐洲各國合作開發了數字音頻廣播技術（Digital Audio Broadcasting，DAB），于1995 年正式投入使用。該技術是繼AM、FM 之后的第三代廣播技術，而DAB+是該標準的升級版本。經過一系列的變革與創新后，數字音頻廣播技術過渡成數字多媒體廣播技術，并被廣泛應用于全世界范圍內。

與傳統廣播技術進行對比可以發現，數字音頻廣播技術不管是在頻率、技術的先進性方面，還是業務結構方面，均具備比較突出的特點，而且在信道編碼、信源編碼和調試方式上，數字化標準也得到了廣泛應用。數字音頻廣播技術的具體優勢如下：

（1）數字音頻廣播技術具有比較好的接收效果，不會受到用戶所選接收方式的影響，無論是移動接收、固定接收，還是便攜接收，均具有較高的接收質量[4]，而且在實際運行過程中不易受外界因素影響；

（2）數字音頻廣播技術可以滿足各頻段應用要求，在缺少大功率發射機的情況下，可以應用同步網，這樣既可以有效降低發射功率，而且可以避免電磁污染現象的發生；

（3）數字音頻廣播技術具有無干擾、無雜音的特點，不管是用于便攜收音機還是車載收音機，均可以實現無干擾和雜音影響，從而提高廣播效果；

（4）在應用數字音頻廣播技術過程中，可以簡單地輸入“節目號數”就可以在接收機上獲取相應的節目信息，無需煩瑣地尋找頻率，大大提高了用戶的體驗感；

（5）數字音頻廣播技術能夠對接收機開展動態性操作，以確保接收機在各種地理位置和環境中均能夠對信號進行動態調整，以期獲取最佳信號狀態，不僅操作簡單便利，而且具有較高的靈活性。

與數字音頻廣播技術相比，DAB+技術實現了實質性的突破，并衍生出一系列的新功能，進一步提高了頻道利用效率。例如，在傳統頻道內，DAB+技術支持MP3 格式文件的傳輸，是其獨有的功能，這就使得該技術在數字廣播中得到廣泛應用。

3.3 HD-Radio

HD-Radio（FM）是 在 常 規FM 信 號 基 礎上衍生的一組新的數字邊帶，其是正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）系統。實際上，HD-Radio 有擴展混合模式、混合模式以及全數字模式三種頻譜分配模式[5]。

在混合模式中，HD-Radio 模擬信號的上、下邊帶均按照要求分別增加了約70 kHz 的數字邊帶，以此提高數字信號傳輸效率；在擴展混合模式中，數字邊帶可以有效擴展至FM 模擬信號，并且在其上、下邊帶均多出28 kHz 的數字邊帶；全數字模式下基本上被數字信號所取代，而且所采用的頻譜分配方式未配備模擬信號，兩邊信道的傳輸功率比中間信道高很多。另外，HD-Radio 還包括無線數據+音頻業務，曲名、字母及頻道信息業務，體育、氣象、交通等增值數據業務。因此，HD-Radio 技術在數字廣播中得到了廣泛應用。HD-Radio 技術還可以實現與FM 波段的同時聯播，不僅可以實現以更低成本投入來實現對數據的有效傳播，而且無需加入新的頻譜，就可以播放多種節目。因此，在數字廣播發展過程中，HD-Radio 具有多方面的優勢，具體總結為下述3 個方面：

（1）投資成本更少，能夠實現對附加業務的有效拓展；

（2）在一定程度上有效降低工作頻率，進而提高室內接收效果；

（3）無需對新頻率進行額外分配。

4 數字廣播技術的常見問題

隨著數字廣播的發展，數字調幅廣播技術和數字音頻廣播技術憑借自身優勢，在數字廣播中發揮著越來越重要的作用，因此應用范圍不斷擴大。隨著時代的發展和人們生活水平的提高，受眾對數字廣播的發展提出了全新的要求，但是在實際應用過程中，由于各方面因素的影響，導致數字廣播發射技術暴露出一些問題。

4.1 聲道選擇不合理，調幅廣播信號差

與傳統廣播形式相比，數字廣播技術的聲音質量有了很大的改善和提高，但是數字調幅廣播自身具有相對比較弱的信號，加之聲道選擇不合理，容易導致調幅廣播信號差，不利于數字廣播技術的發展。對數字音頻廣播技術系統設置進行分析發現，數字音頻廣播自身聲音具備比較寬泛的比特率，就有不同的聲音形式如單聲道、雙聲道及立體聲等，然而在對這些聲道進行選擇時，經常會出現“失靈”現象，導致許多聲道并未得到科學、合理的應用。通常情況下，聲道的設置可以使用，然而在實際操作階段，并未達到預期的效果，不僅影響了聽眾的收聽效果，而且還會阻礙數字廣播技術的發展。

4.2 電臺彼此轉換速度較慢

在廣播電臺調整過程中，數字廣播技術可以為聽眾提供更多的可選擇范圍。人們可以從網絡中獲取更多地方的電臺信息，但是大多數受眾選擇了傳統的廣播形式，無法對廣播進行有效接聽，即使可以收聽，但是由于電臺信號比較差，導致收聽效果不理想。在電臺之間轉換，會延長聽眾等待的時間，從而導致數字信號接收緩慢，不僅降低了頻率的資源使用率，而且在信號接收時，一些電臺會出現卡頓現象，在一定程度上降低了聽眾的收聽效果。

4.3 數字廣播傳輸費用較高

通常情況下，數字廣播發射臺建設需要投入比較高的成本。根據相關數據調查，一個數字廣播基礎網發射臺建設過程需要投資大約500 萬人民幣，而每一臺發射機每年所需要花費的運行費用占到了投資費用的20%左右，同時，一個中等的數字廣播同步網需要配備大約20 個基礎發射臺。為了實現對節目數據信號的反饋和發射，還需要適當地增加成本投入。這樣就導致數字廣播傳輸費用較高，但是在成本回收渠道方面相對比較窄，更多地依賴網絡廣告來回收成本。但是以這樣的狀態，要想回收全部成本，需要花費比較長的時間，成本回收周期較長，不利于數字廣播技術的發展。

5 數字廣播技術未來的創新方向

為了更好地滿足信息化時代的發展需求，需要結合實際情況，對現有的數字廣播發射技術進行改革和創新。

5.1 創新數字廣播發射關鍵技術

新時代背景下，為了更好地滿足數字廣播發射技術實際發展需求，需要結合實際情況做好關鍵技術創新工作。通常，數字廣播發射要做好發送信息的數字化處理工作，并通過相應調制信號來實現信息的有效發送。因此，在進行數字廣播發射關鍵技術創新過程中，最好從優化信號調制效果、提升信號數字化處理效率、創新信號發射技術三方面來著手，具體如下。

（1）信號調制效果一般會受到調制算法和相關設備工作性能的影響。為了避免上述影響的發生，信號調制最好與信號數字化處理工作互相協同，同步開展。

（2）在提升信號數字化處理效率過程中，既要做好現有技術設備升級工作，又要優化現有算法，只有實現上述要求，才可以更好地推動現有數字廣播技術的發展。

（3）改革信號發射技術的關鍵在于提升信號的覆蓋范圍，并在此基礎上確保高速狀態下的信號接收效率。

5.2 構建數字廣播發射技術核心系統

為了確保數字廣播發射技術創新工作的順利進行，需要相關設備和技術提供支撐，尤其是在信號數字化處理過程中，要不斷提高設備的性能。雖然現有數字廣播設備可以滿足信號數字化處理的基本需求，然而在進行大量數據處理過程中，處理效果還有待提升。因此，為了有效改善上述問題，需要對現有數字廣播核心設備進行改造和升級，及時更換那些無法滿足性能需求的設備。

在數字廣播核心設備升級和更換過程中，要加強對信息化系統的合理應用。信息化系統主要以計算機技術為核心，具有良好的數據交換能力和大數據智能分析處理能力，可以更好地發揮數字廣播核心設備的性能，為數字廣播的發展奠定良好基礎。同時，在信息化系統的基礎上構建數字廣播發射技術核心系統，可以滿足數字廣播在信號調制和信號數字化處理方面的基本需求。此外，在構建數字廣播發射技術核心系統過程中，還需要做好相關人員專業知識和技能培訓工作，以此來提高他們的綜合素養和技術能力，以期更好地推動數字廣播的發展。

6 結 語

在信息化時代背景下，數字廣播扮演著越來越多重要的角色。為了更好地推動數字廣播技術的發展，需要對數字音頻廣播技術、數字調幅廣播技術、HD-Radio 等關鍵技術進行研究，并明確未來的創新方向，使其更好地滿足時代發展需求。