摘 要： 文章通过对正在使用的主流地面数字广播技术介绍,概括各国在这些技术标准的选择和应用,引出我国地面数字广播试验和即将采用的标准,展望地面数字广播的未来。
关键词： 地面数字广播; DAB; DRM; HD Radio; CDR;
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.
Keyword： terrestrial digital broadcasting; DAB; DRM; HD Radio; CDR;
引言
传统模拟广播(短波、中波、调频)抗干扰能力差,容易在接收终端产生失真和噪声,传输效率较低,耗能比较高,在有效频谱资源应用的频道少,而且因多普勒效应造成的不能高速移动稳定接收等限制了应用。数字广播技术能弥补这些不足之处,可以对数字信号进行适当延时和加扰等处理,通过计算机互联网络实现资源共享,进行多种形式的多媒体广播。在采用数字化技术后,设备可以多功能化和智能化、重量轻、可靠性高、体积更小、功耗低,而且还衍生出很多新的应用,地面数字广播技术的研发和应用成为大势所趋。
1 、数字音频广播(DAB)
(1)DAB是从1987年成立“EUREKA-147”项目开始,到1995年DAB的正式规范(EN300 401)出台[1]。1995年9月英国BBC首先开始了DAB的正式广播,于1996年底由原广电部与欧共体合作共同组建广东佛山先导网,也是我国的第一个DAB先导网。2006年5月由国家广播电影电视总局发布了我国的数字音频广播标准:GY/T214-2006《30MHz-3000MHz地面数字音频广播系统技术规范》。(2)DAB采用COFDM传输方式,整个带宽系统占据1.536MHz,可同时传送6套以上具有CD质量的立体声节目以及数据业务。DAB具有强抗干扰能力,能够达到便携式接收和高速移动稳定接收的要求。还可以在一个频率块内传输发射多个节目,适合广泛地区联合组成同步网实现频道资源共享,提高传输效率。(3)DAB在全世界范围内应用最广,技术也最为成熟,而且有的地区已经将其发展成为DAB+。虽然我国在2006年就已经将DAB技术作为中国数字化广播的行业标准,但由于不能实现模数同播、频率资源需要重新调整、接收机价格昂贵以及非自有知识产权等原因,DAB在我国的发展还在原地踏步。
2 、数字多媒体广播T-DMB
T-DMB是在DAB基础上发展起来的,DMB也具有DAB的所有功能。在将音频信号和各种影像、视频、数据业务等信号进行编码、调制、传递处理,在接收终端解码放大得到比传统广播更加丰富的音视频和图文等内容。这种广播技术跨越了传统广播单纯的只能听的鸿沟,使得广播内容丰富多彩以及格式多样,在韩国应用得很广泛。DAB/DMB被誉为是完美地结合移动视频和音频的数字地面广播技术,是目前全球采用最广泛的地面数字广播标准。
3 、数字短中长波广播(DRM)
(1)在1998年3月于中国广州成立了数字AM广播的国际组织,称为DRM(Digital Radio Mondiale)联盟,就这样数字AM系统产生了。ETSI在2001年10月将DRM系统标准化,IEC在2002年3月通过了DRM系统规范,奠定了AM波段广播数字化的基础。(2)30MHz以下长、中、短波是DRM主要应用频段,DRM还被ITU定为唯一的短波波段数字声音广播技术。DRM是一种真正意义上的带内同播标准,发射系统的改造费用较低,支持模拟广播和数字广播在同一部发射机上发射。但是因为需要克服第一邻频和第二邻频干扰现象,DRM数字广播载波功率也由于采用带内同播技术而受到限制,使得广播信号覆盖范围缩小。当DRM在纯数字模式下发射的时候,一定的覆盖范围内,用模拟AM的1/4功率就可以实现。当用相同的功率发射时,DRM能够覆盖更广阔的范围。另外,DRM在室内也可以良好接收,这是因为工作在较低的频率,具有较长的波长,表现出较强的绕射能力。在发射传输传统的音频广播节目同时,DRM还可以传送音频广播内容相关的文字信息、股票资讯信息、实时交通信息以及天气预报等信息。对经营者来说非常重要的是DRM作为非专利系统,在同一个平台上,全世界各地的媒体运营者和设备制造商进行合作,使DRM系统有更好的实用性和经济性。(3)DRM标准能够对中波与短波进行数字化升级,得到世界各国的一致认可。在DRM组织成立之初,我国也已经积极加入了该组织并且组建了试验网。采用了DRM广播技术后,能够提供立体声且音质可以达到FM水平的广播,同时,DRM可以实现移动车载稳定接收,又能应对大城市传输的恶劣信道环境。在设备升级方面,对大部分类型的短波和中波发射机进行微小改动,就可以完成数字化改造工作,显得更加容易推广普及。(4)DRM系统采用了COFDM技术,在各种不同的运行条件下,可以有不同的传输模式供选用。DRM可以使用原有的频道和带宽(9kHz或10kHz),也可以在频率规划允许的情况下扩展占用邻频道[2]。(5)DRM系统中最关键的技术之一是信源编码方法。为了能够用固定的比特率下提供更好的质量,DRM系统使用了属于MPEG 4的不同信源编码方案,以适应在数字AM广播中不同节目(音乐/语言)和不同带宽的需要。DRM系统可以用于短波、中波和长波等波段,是世界上唯一的非专利的数字系统,在原有的频率和带宽的基础上,对模拟AM广播能产生重大改善。我国短波广播最佳方案是采用DRM标准,主要是因为我国短波的听众主要分布在海外,使用普通的DRM接收机就可以收听到音质比之前好的广播。(6)DRM组织在2005年3月通过了DRM技术系统可以在高频段频率范围使用的“DRM+”标准(直到120MHz),作为现有ETSI标准DRM的扩展。DRM+的信号带宽完全与FM频段规划的频率间隔相一致,约为100kHz。DRM+可以传输最多达180kb/s的数据率(16QAM调制),也可以在一个频道中传输更多不同的音频节目。DRM+不仅是数字声音广播传输系统,还开辟了多声道环绕声的传输或节目相关数据等附加信息的传输,是一种具有多媒体广播功能的系统。从目前的应用看,DRM+的数据率能够让节目达到CD质量;可以做成同步发射网;可以在室内接收,也能在300km/h的移动速度下稳定接收;利用DRM+可以灵活地对单个模拟FM发射机进行数字化改造,对已有FM覆盖不产生额外影响。
4、 HD Radio技术
(1)高清晰度广播标准(HD Radio)是美国提出的一项数字广播技术,并且于2002年将这一技术批准为AM、FM的数字广播标准。在现有模拟广播的频谱基础上,利用HD Radio技术能够提供数据业务以及高清晰度的数字声音广播内容,可实现数字广播与原来模拟广播同时播出,具有极好的兼容性。HD Radio是基于由iBiquity Digital公司开发的IBOC(带内同频道)技术,技术系统使用的信源编码方法是HE AAC-V2,采用可删除型卷积编码和应用了频率交织与时间交织技术。HD Radio数字信号被放置在现有AM和FM边带中的任意一个之上,其工作频率与目前用在AM和FM的频率相同。在AM波段(频率530kHz-1705kHz),常常将同一个节目以数字和模拟两种格式一起发射(同时联播),在频率为88至108MHz的FM波段也可以采用同时联播模式。(2)FM HD Radio是一种正交频分复用(OFDM)系统,将一组数字边带放在常规FM信号两边。FM HD Radio电台可以分割其数字OFDM载波,具有多播能力,可产生多达8个附加广播信道。FM HD Radio系统可分为三步来实现最终的全数字信号频谱:混合模式、扩展混合模式以及全数字模式。(3)AM HD Radio也是OFDM系统,该系统将一系列的边带引进到正常AM信号两边。该系统可转换成全数字数据,以提高辅助数据率和改善音频质量,又能与现有的模拟调幅接收机相兼容。(4)我国现在实行AM广播采用的是国际标准(9kHz),而AM HD Radio广播标准的频率间隔是10kHz,这样就与我国频率规划有冲突,并且在频率带宽的设置上也不一致,使用时需要对频段重新进行设计改造,还不能实现单频组网,这就决定了AM HD Radio标准不适用于我国情况。
5、 日本的数字广播ISDB-T
日本数字声音广播业务涵盖在数字电视地面传输标准ISDB-T中,ISDB-TSB是有关声音内容方面的标准,使用频段为VHF/UHF。ISDB-TSB(用于地面声音广播的综合业务数字)系统于1999年11月成为日本的标准。东京和大阪电台在188MHz和192MHz频段从2003年10月开始,启用ISDB-TSB。
6、 调频频段数字音频广播(CDR FM)
(1)CDR FM(调频频段数字音频广播系统)是工作于87MHz-108MHz(传统模拟调频广播频段)的数字广播系统[3]。CDR FM通过数字编码调制技术,采用100kHz作为基本子带带宽,进行数字音频广播业务以及数据等业务的播出,可支持多个连续子带捆绑在一起工作,最大支持8个子带从而提高传输容量。
图1 CDR频谱规划
(2)CDR FM标准是一种真正的带内同播技术,灵活的频谱配置使得音频质量较好,能够实现模拟广播到全数字广播的平滑过渡,技术先进可靠,还支持高速移动稳定接收。CDR FM频谱规划见图1,可以支持三种基本的频谱模板,即数字台与单声道模拟台共存、数字台独立存在、数字台与立体声模拟台共存。(3)我国已经在2013年于北京、广州、深圳等多地建立了CDR FM试验网,这是我国自主研发的数字音频广播标准。CDR FM的频谱利用率非常高,具有灵活的频谱配置方式,在应用上可以适用多种场景。其采用的信源编码技术,是我国具有自主知识产权的技术规范,无论是在专利费还是芯片费用上,都是处在比较低的水平,这样就容易实现该技术方案的产业化和快速发展。
7、 结束语
地面数字广播采用了COFDM传输方式,具有高速移动抗干扰强的能力,可以实现同频组网,节省频率资源,以低的发射功率达到所需覆盖区域,这些都是以往模拟广播无法比拟的。地面数字广播能以低成本实现一对多,有高可靠性,还具有预警和应急响应方面优势,加上可以用推送接收来改善使用者对节目自选的体验,让听众能自主听、看、读,从而真正享受广播带来的无穷乐趣。使传统广播具有多媒体广播的特性,超越了单纯传播声音的局限,极大地拓宽和延伸了广播的传播功能。相信随着数字化技术和设备的日臻完善,广播技术数字化步伐会迈得越来越大,在5G通讯来临的时代,地面数字广播会因其特有的优势而得到广泛的应用,得到更大发展。
参考文献
[1] 李栋.数字声音广播[M].北京:北京广播学院出版社,2001:144.
[2]李栋.数字声音广播[M].北京:北京广播学院出版社,2001:473.
[3] 国家广播电影电视总局.CDR标准[S].2013,11.
