中波DRM 數字調幅廣播試驗

黃杰偉

（廣東省惠州中波轉播臺，廣東 惠州 516007）

0 引 言

傳統的中波廣播工作在526.5 ～1 605.5 kHz頻段，采用幅度調制（Amplitude Modulation，AM）方式，統稱為調幅廣播。調幅廣播的頻率特性及傳輸方式決定了其覆蓋范圍廣，傳輸、接收成本低等諸多優點，從而到了廣泛的應用[1]。但調幅廣播也因帶寬較窄，存在著業務單一、收聽音質差、容易受干擾以及占用頻率資源等缺點。隨著互聯網的高速發展，人們接收資訊的平臺選擇逐漸多樣化，模擬廣播的聽眾日益減少。因此，改變模擬中波廣播的現狀尤為迫切。隨著世界數字廣播聯盟（Digital Radio Mondiale，DRM）提出并制定了DRM 數字調幅廣播標準，已有許多個國家使用DRM 模式開展中波數字廣播業務。DRM 數字廣播既能保留傳統模擬調幅廣播優點，又能提升收聽音質，還能提供數據、圖文等信息傳輸服務[2]。為了驗證DRM 廣播的播出效果及模擬發射機數字化的可行性，廣東省惠州中波轉播臺開展了本次試驗。

1 DRM 數字廣播技術簡介

DRM 數字廣播系統采用編碼正交頻分復用（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing，COFDM）技術。COFDM 是OFDM 與信道編碼技術的結合，可以有效降低誤碼率。DRM 系統主要由源編碼模塊、復用模塊、信道編碼模塊及正交頻分復用模塊等4 大模塊組成，原理如圖1 所示。

圖1 DRM 系統原理圖

通過圖1 所示技術手段的處理，DRM 技術能夠在中波調幅廣播中實現數字信號的傳輸和廣播。總之，DRM 技術是一種基于數字信號的調幅廣播技術，通過采樣、壓縮、編碼和調制等處理后將信號送入發射機系統發射出去，實現了音頻信號的高效傳輸和優質廣播[3]。

2 本次DRM 數字廣播試驗系統

本次試驗主要完成發射機DRM 數字鏈路開通和外場信號覆蓋測試，采用同一發射機、同一頻率開展DRM 數字音頻廣播，與傳統調幅廣播進行收聽效果及覆蓋范圍的對比測試。DRM 發端采用中國傳媒大學自主研發的編碼軟件及調制器，發射機采用廣東省惠州中波轉播臺現有的哈爾濱廣播器材有限公司生產的GZ-G10K 型中波廣播發射機，配合原有的調配網絡、天饋線組成DRM 數字廣播試驗系統。系統的數字發射功率為3.5 kW，模擬發射功率為10 kW，鐵塔高度120 m。試驗系統連接如圖2 所示。

圖2 DRM 廣播試驗系統簡圖

2.1 發射機系統的選擇

DRM 數字廣播對發射機的性能有一定的要求。發射機需要滿足一些指標，如群時延、噪聲、帶寬等，并且還要具備寬頻帶的輸出匹配網絡[4]。本次試驗選擇的哈爾濱廣播器材有限公司GZ-G10K 型發射機具備以上條件。該發射機還自帶了一塊DRM 適配器板，取代了傳統發射機中的模擬輸入板、A/D轉換板和頻率合成器。適配器板能夠實現模擬調幅廣播、DRM 數字廣播以及數模同播。切換至DRM數字音頻廣播模式時，只需配備DRM 信道編碼系統和音頻前端增加信源編碼及復用器系統，即可從模擬廣播轉換為數字廣播。試驗前測試了發射機的各項指標均達到甲級標準，完全滿足此次試驗要求。

2.2 調配網絡改造

相比傳統的模擬中波調幅廣播，DRM 數字廣播對天調網絡的參數要求更高。如通頻帶和帶內平坦度這兩個指標，對信號的覆蓋和接收效果影響尤其明顯[5]。惠州中波轉播臺是新建的臺站，地網及周邊電磁環境相對比較好。試驗前，技術人員對原有天調網絡進行測量，天線阻抗、網絡帶寬、帶內平坦度等指標都符合需求，但回波損耗和駐波比指標還是沒達到DRM 數字廣播的最佳要求，通過改造調整后測得網絡阻抗值為50 Ω±2 Ω，帶通特性方面，在±5 kHz 以內，天饋線駐波比小于等于1.15，±10 kHz 以內，駐波比小于等于1.25；回波損耗方面，±5 kHz 以內不高于23.1 dB，±10 kHz 以內不高于19.1 dB。整個調配網絡運行穩定、通頻帶寬，可以良好地適配數字中波發射的需求。

2.3 DRM 廣播發端系統

DRM 發端系統由具體內容服務器和DRM 調制器構成。系統由中國傳媒大學提供，發端平臺是基于DRM 規范標準，在微軟操作系統軟件平臺支持下的通用性應用系統。發端系統內嵌各作用模塊的軟件編碼，分成編碼復用模塊、信道編碼模塊和OFDM 轉化模塊，最后送出DRM 基帶數據信號給發射機。該發端軟件界面整潔，在改變傳送方式主要參數及調節編碼配備時操作簡易快捷。本次實驗中，DRM 方式下傳送的工作主要參數如下：健壯方式為A 保護方式；SDC 星座圖為16QAM，MSC 星座圖為64QAM_SM，系統帶寬9 kHz，發送輸出功率3.5 kW，QAM 交織方式為2 s 長交織。

2.4 接收設備

本次DRM 數字廣播接收設備主要采用中國傳媒大學提供的接收機和DRM 解碼軟件。接收機的主要任務是將射頻信號轉為12 kHz 中頻信號，DRM 解碼軟件Dream 安裝在微軟操作系統的筆記本計算機上。接收機輸出的中頻信號送入筆記本計算機，DRM 解碼軟件負責解碼并解調出音頻。覆蓋場強測試方面，使用寶盈科技MA969B 路測儀及附帶的環形天線進行場強收測；AM 模擬收聽效果測試使用德生普通調幅收音機，進行主觀聽覺評價。

3 場外覆蓋收測

3.1 收測方案

為全面測試DRM 中波數字廣播的播出覆蓋效果并與模擬AM 廣播進行數據比對，本次試驗主要以定點接收的方式進行收測。根據惠州中波轉播臺的地理位置及實際情況，技術人員以發射臺為中心，按照東西南北4 個方向提前規劃4 條收測路線以及多個固定收測點。收測記錄的數據包含客觀收測數據和主觀評測數據兩大類。其中客觀收測數據由儀器實際測試得出，主要數據是AM 廣播模式下的場強值和DRM 模式下的場強值與信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）值；主觀評測數據是收測人員根據收音機或者解調設備接收到的信號進行收聽后，對收聽音質及效果做出的主觀評價打分。

3.2 收測內容

實際收測以發射臺為中心，分別在東、南、西、北4 個方向直線距離5 km、10 km、15 km、20 km、25 km、30 km 處進行收測。接收并測量模擬AM、DRM 兩種模式下的試驗頻率廣播信號，記錄模擬AM、DRM 兩種模式下的場強數據及試驗頻率關機后的背景噪聲場強數據，測量并分析記錄模擬AM、DRM 兩種模式下的信號頻譜及試驗頻率關機后的背景噪聲頻譜，記錄模擬AM 收聽質量、DRM 接收信噪比以及解調收聽質量。

3.3 收測結果

本次場外收測任務用4 天時間，累計行程1 200 km，共收集記錄了測試數據200 多組，收測范圍包括惠州市區、縣區及鄉鎮等。對收測數據及現場收測情況進行分析，從覆蓋效果看，發射機工作在DRM 廣播模式平均功率3.5 kW 的狀態下，信號覆蓋范圍可以達到10 kW 的模擬AM 調幅廣播的覆蓋范圍。DRM 廣播的這一優點在實際運行中可以大幅度降低臺站的能耗。從收聽質量來看，同樣在良好接收情況下，DRM 數字廣播的音質效果不亞于調頻廣播，接近光盤（Compact Disk，CD）的音質，而模擬AM 廣播的音質效果較差，伴有雜音。在無法接收信號時，DRM 數字廣播背景干凈，沒有雜音，傳統AM 模擬廣播在這種情況下有很刺耳的雜音。發射臺其他頻率的中波發射機分別開機正常播出的情況下對DRM 數字廣播沒有產生影響。

4 試驗結論

通過本次試驗，可得出以下結論：

（1）采用國產傳統模擬中波發射機進行改造后搭載DRM 編碼系統的方案開展數字廣播簡單可行；

（2）相同的場強覆蓋范圍下，DRM 廣播模式的發射功率比模擬AM 調幅廣播減少至少一半，大大節約能耗和臺站運維成本；

（3）DRM 數字廣播的收聽音質比傳統的AM模擬廣播好，可以媲美CD 音質；

（4）在DRM 模式下用AM 模擬收音機收聽DRM 廣播時，會收到強烈的雜音，可以利用這個特點來壓制對象臺；

（5）山丘、高樓建筑物等對模擬AM 信號接收造成一定影響，同樣對DRM 廣播造成影響。

5 結 語

本次試驗利用現有模擬中波發射機進行改造，發射出DRM 信號，進行DRM 廣播試驗，取得了圓滿成功。試驗進一步明確了DRM 數字廣播的優勢以及模擬發射機改DRM 的可行性，能為同行進行DRM 改造提供技術基礎和支撐數據。