DRM数字调幅广播技术及在DX发射机进行DRM试验的探讨

数字广播的优点
１　抗干扰和噪声的能力强；２　传输可靠性高；
３　在保持与模拟广播相同覆盖范围情况下，发射功率可降低；
４　节约频谱；
５　数字信号便于处理、存贮、交换，便于和计算机联接；
６　便于实现多媒体广播；
７　数字化产品体积小、重量轻、功耗省、可靠性高、多功能、智能化。

　实现数字ＡＭ广播一方面要考虑现有的发射设备对其稍加改装，增加少量的数字设备就能高效发射数字信号；另一方面，利用现有的调幅广播的带宽，
就能很容易地实现由现有的模拟ＡＭ向数字ＡＭ的平稳过渡，不存在复杂的频率重新规划问题。

接收设备相对简单。

国际上对数字ＡＭ的实验证实了：１）、窄带的数字ＡＭ方法，在复杂的传输通道中可以取得广播质量的明显改进。

２）、现在模拟ＡＭ设备可改装为数字ＡＭ设备继续使用。

３）、模拟ＡＭ信号和数字ＡＭ信号可共用同一部发射机和同一个频道。

原持有的模拟ＡＭ接收机的听众，仍可收听原来频道的的模拟广播；而持有数字接收机的听众，可收听具有ＦＭ质量、无衰落
的数字ＡＭ广播。

全世界统一的制式与标准既能保障有良好的“空中”秩序，又拥有广大的听众，调幅接收机带到那都能使用。

在１９８３年３月在中国广州成立了世界性的数字ＡＭ广播组织ＤＲＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｒａｄｉｏ　Ｍｏｎｄｉａｌｅ），在这期间ＤＲＭ成为ＩＴＵ广播分会的成员。

２００１年９月ＥＴＳＩ（　欧洲电信标准协会）公布了ＤＲＭ系统规范。

２００３年１月ＩＥＣ（国际电工委员会）颁布了ＤＲＭ数字声音广播系统世界标准。

２００３年６月１６日ＩＴＵ世界无线电行政大会在日内瓦举行，ＤＲＭ对全球第一次试播。

DRM 数字调幅广播技术
及在DX 发射机进行DRM 试验的探讨
◎　广东省广播电视技术中心 温慧明
调幅广播是工作于150KHz-30KHz的频段，调幅广播的突出优点是覆盖范围广，传输距离远的，接收机简单价廉，通过采用包络检波器便能解调出调制信号，且固定、便携或移动接收机都有相同的质量。

但由于调幅广播幅度调制方式和占用窄的频带，带来了明显的缺点：广播信号在传输过程中易受到干扰，传输质量不高；业务单纯，一部发射机使用一个载波频率，传送一套单声道声音广播节目，随着CD的问世，多媒体的发展，人们真正感受到高质量的节目。

调幅广播受到了数字卫星广播、多媒体广播的挑战。

面临众多媒体的挑战，调幅广播明显处于劣势。

要固守和发展30MHz以下的调幅波段这个阵地，就要将模拟调幅广播进行数字化的改造，利用调幅波段进行数字音频广播，简称数字AM。

技术应用2010年第10期
DRM数字AM技术原理
1、DRM数字AM系统
ＤＲＭ发射系统原理方框图如图１：
图上描述了不同等级的信息（音频、数据等）的一般
流程，并不区分不同的业务。

这些业务有可能包括合
成多个等级的信息。

ＤＲＭ系统对不同的输入业务分别处理：
ＭＳＣ（主业务信道）处理音频、数据流输入信
号。

传输数据比特率取决于信道带宽和传输模式，帧
周长为４００ｍｓ。

ＦＡＣ（快速存取信道上）用来将发射端的复用器
复合了的业务种类信号带宽及信道编码参数等信息提
供接收端。

帧周期为４００ｍｓ。

ＳＤＣ（业务描述信道）用作向接收端提供解码
信息和复用器中各种业务的属性、特征。

帧周期为
１２００ｍｓ。

源编码和预编码是用来使输入的流适合于数字传
输的格式。

对于音频源编码，其功能包括音频压缩技
术。

信源编码原理如图２：
模拟音频信号经Ａ／Ｄ转换（取样、量化、编码）
后变为ＰＣＭ（脉冲编码调制）数字音频信号。

单声道
ＰＣＭ信号的数据率就是７６８　Ｋｂ／Ｓ　。

经信道编码后，
去除声音信号中的“冗余”部分和与听觉不相关部
分，经压缩处理后单声道数据率仅１００　Ｋｂ／Ｓ　左右。

源编码和数据流预编码的输出可以包含两个部
分。

它们在后继信道编码器中需要一般保护和高保护
两种不同等级的保护。

所有业务都必须利用这两种或
其中一种。

复用器将所有的数据和音频业务的保护级别联合
起来。

能量扩散是为了减少系统模型导致传输信号以不
期望的规律变化的可能性，而提供的判定选择性互补
的比特。

信道编码是通过增加信息冗余来保证传输的准确
无误差，并将数字编码信息映射到ＱＡＭ（正交调幅）调
制单元中。

ＱＡＭ属多进制数字调制，是ＡＳＫ（幅移键
控）调制方法的特殊形成，在ＱＡＭ中使用两个互相正交的载波即一个是ｓｉｎ　ｗｔ另一个是　ｃｏｓ　ｗｔ，Ｉ矢量和Ｑ矢量相加形成ＱＡＭ信号矢量，每个载波视工作模式不同，可以是４ＱＡＭ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ。

其中，４ＱＡＭ：抗干扰能力强，传输速率低。

１６ＱＡＭ：用于质量要求高的语言节目传输。

６４ＱＡＭ：抗干扰差，传输速率高，用于音乐节目传输。

若采用１６ＱＡＭ时发射机共有４种不同的幅度状态和１２种不同的相位状态。

单元交织将连续的ＱＡＭ单元从时间和频率上分离为伪随机序列单元，以保证在时间－频率扩散信道中强传输。

导频发生器通过与信号共同解调使接收机能获取信道状态信息。

ＯＦＤＭ（正交频分复用）映射单元收集不同等级单元并将其分配到时间－频率格中。

ＯＦＤＭ信号发生器在相同的时间序中将每个单元组转换到时域来表示信号，这样ＯＦＤＭ符号通过在时域插入周期重复的保护间隔来形成。

调制器将数字的ＯＦＤＭ信号转换为模拟信号传送，这一操作包括数－模转换以及按照要求过滤。

2、信源编码
数字音频信号的质量是其数据率决定的，音频数据率越高，在信道上传输的数据率也越高，所需的射频带宽也越宽。

ＤＲＭ使用９ＫＨｚ或１０ＫＨｚ，在条件允许下，最多可使用到加倍的带宽１８ＫＨｚ或２０ＫＨｚ。

由于在低于３０ＭＨｚ广播信道中广播规律以及应用的编码和调制方案参数的限制，源编码的比特率为从８ｋｂｉｔ／ｓ　（半信道）到２０ｋｂｉｔ／ｓ（标准信道），最高约７２ｋｂｉｔ／ｓ（双信道）。

为在给定的比特率条件下获得更好
的质量，在数字ＡＭ广播中，选择使用
ＭＰＥＧ－４中的不同的编码方法的编码
器。

系统提供以下不同的源编码方案如
图３：
—ＭＰＥＧ　４子集的ＡＡＣ（先进音频
编码），包括对普通单声道和立体声广
播有力地错误保护处理。

—ＭＰＥＧ　４子集的ＣＥＬＰ（码本激励
线性预测），对单声道语音广播中错误
保护地处理。

—ＭＰＥＧ　４子集ＨＶＸＣ（谐波矢量
激励编码）对很低地比特率和单声道语
音广播中进行错误地保护处理。

—频带复制技术（ＳＢＲ），是一种
在低比特率获得完全音频带宽地音频编
码增强方法，它可用于ＡＣＣ和ＣＥＬＰ。

ＳＢＲ不需传输６ＫＨｚ以上的音频数
据，６ＫＨｚ以上的音频数据通过产生６ＫＨｚ
以上的谐波或“和声”　来仿真，在解码
端就可获得至１５ＫＨｚ带宽的音频信号，
而仅需２２－２５Ｋｂ／Ｓ的数据率。

　
音频信号经信源编码系统后输出送
到复合与信道编码器。

3、传输模式
１）　信号带宽相关参数
现有的低于３０ＭＨｚ无线电广播带宽
为９ＫＨｚ和１０ＫＨｚ。

ＤＲＭ系统被设计成：
—在这些标准的带宽内应用，以满
足现行条件；
—在带宽为４．５Ｋ　Ｈｚ（９ＫＨｚ的一半）
或５ＫＨｚ（１０ＫＨｚ的一半）的倍数的信道内应
用，以满足与模拟ＡＭ信号同播或当条件
允许时提供更大的传输能力。

此外，它可以另外提供ＩＴＵ中没有严
格包括的带宽，在频率规划允许的情况
下，可以提高系统容量。

２）　传输效率相关参数
对于信号带宽参数的任何值，都须
确定效率相关参数，以便在容量和抗噪
声、多径干扰和多普勒效应之间进行折
衷。

这些参数分为两种类型：
—编码率和星座图参数，定义了数
据传送中使用的码率和星座图；
—ＯＦＤＭ符号参数，定义了ＯＦＤＭ
符号的结构，是传播条件的函数，称为
“地波模式”，“天波模式”和高强度
模式１和２。

、信道编码和调制
信道编码采用基于存贮深度为６相对
约束长度为７和２６＝６４状态的卷积编码来
实现的。

信源编码器的电路由６个移位寄
存器构成。

卷积编码器现实输出，不仅
与现实输入有关，也与前几个时刻的输
入有关，即与移位寄存器存贮的内容（０
或１）有关。

应用了这种编码率可变的卷积编码
方法（可删除型卷积编码）适应不同重
要性的数据保护要求。

ＤＲＭ的这种基于卷积编码的多级编
码方法将编码和调制结合起来达到最好
的传输性能。

这意味着在ＱＡＭ映射中容
易出差错的比特位置要得到一个较高的
保护。

不同的保护级通过不同组成的码
得到，不同组成的码通过来源于同一母
码的可删除卷积码实现。

ＤＲＭ系统使用了（编码正交频分复
用）的传输方法，它是一种多载波宽带
传输系统。

ＣＯＦＤＭ包括信道编码和调制
两个部分。

ＣＯＦＤＭ的含义是：
Ｃ（编码）：就是信道编码，经信源
编码的数据流再人为加进冗余进行差错
技术应用2010年第10期
保护。

ＯＦＤ（正交频分）：使用大量的载波代替单载波。

这些大量的载波有相等的频率间隔，都是一个基本振荡频率的整数倍，频谱成正交关系。

Ｍ（复用）：ＣＯＦＤＭ是宽带传输，传输的信息不再是单一的节目，而是多套节目的数据流相互交织地分布在上述大量的载波上，形成一个频率块。

为了防止传输差错，经过信源编码进行数据压缩的数据流，首先要进行信道编码，即人为加入冗余。

然后，经信道编码的信息要被分配到频谱成正交关系的许多副载波上传送。

这些副载波被数字信息调制，采用的是四相差分相移键控的调制方法。

所有这些已调副载波叠加在一起，就形成包含数字信息的所谓ＣＯＦＤＭ基带信号，然后，再采取搬迁的办法，将其变换到射频范围，形成“频率块”，经功率放大后通过天线发射。

在一个“频率块”上通常可由一部发射机同时传送多套节目和其他数据业务。

为了能修正传输进程中可能出现
的突发性的比特差错，采用了“时间交
织”和“频率交织”技术，双重预防措
施，使本来相信的信息单元在时域和频
域都尽可能远地分开传送，接收端经过
去交织恢复原有的顺序。

在ＣＯＦＤＭ传输方法中，为防止具有
较大时延差的多径传播的信号在接收机
相遇时总务处符号间干扰，人为地在符
号持续期增加一个被称为“保护间隔”
的时间长度。

ＣＯＦＤＭ是多载波宽带系统，在特定
条件和环境下可能出现个别载波衰落，
但它们仅携带少量的信息，出现传输差
错完全能修正。

ＯＦＤＭ发生器输出是多载波的基带
信号，其幅度变化分量送到现有模拟ＡＭ
发射机的调制通道；ＯＦＤＭ基带信号分
解为同相分量（Ｉ）和正交分量（Ｑ），通过ＲＦ
频率合成器并变换为ＲＦ相位分量（Φ ），
送到现有ＡＭ机发射机激励通道。

通过模
拟发射机发射出数字信号。

系统构成如
图４。

DX系列中波
广播发射机进行数字化改造
1、DX发射机
有条件过渡为DRM发射机
对现有的发射机能否进行数字化改
造，取决于许多单独的ＤＲＭ载波，在
分配的带宽内准确承载数字在码流的能
力。

要实现数字化，发射机必须满足带
宽、群延时以及噪声指标的要求，以及
必须提供宽带输出匹配网络。

１）ＤＸ发射机固有的宽带设计
ＤＸ发射机使用高效率的Ｄ类ＲＦ放大
器。

每级之间的带通滤波器把方波转换
成下一级所要的正弦波。

通过选用低Ｑ网
络，从外部射频输入到射频输出，ＤＸ机
都设计成宽带模式。

所以有足够的射频
带宽。

ＤＸ机用１２位模数转换器代替传统
调制器。

ＡＤ转换器在载频上将模拟音频
输入转换为数字信号。

再由多个低功率
的ＲＯＭ把数字信号进行解调，然后输
出“开　关”信号射频放大器，射频放大
器的输出部分在串行的合成器中合成，▲图５ 改造前（１） 改造后（２）
ＲＯＭ和射频放大器形成一个高速的“数字到射频”的转换来生成调制的射频输出。

２）ＤＸ发射机群延时小
ＤＸ发射机有出色的线性指标。

ＤＲＭ信号包含有幅度调制和相位调制，为了在高效率的ＡＭ发射机上对ＤＲＭ信号进行放大，ＤＲＭ激励器把ＤＲＭ信号分割成两部分，一个是幅度部分输出到发射机的音频输入；另一部分是相位调制过的射频信号输出到发射机的射频输入部分，代替原激励器。

为了得到比较低的误码率及清晰的占用带宽，幅度和相位信号必须同时到达功放部分有，且在占用带宽内所有频率的幅度必须相同。

对相位调制过的射频信号延迟调整是必要的。

３）ＤＸ发射机有出色的信噪比。

低的信噪比会增加数字信号的误码率，影响正常的覆盖。

４）ＤＸ发射机具有出色的宽带输出匹配网络，可承受高的ＶＳＷＲ，最大限度地保证数字传输性能。

2将DX 发射机改造成DRM 发射机的方法
ＤＸ发射机可以快速、方便，使用小的投入来实现中波高质量ＤＲＭ的过渡。

１）　取下发射机上的模拟输入板，将贝塞尔滤波器旁路。

模拟音频输入板上配有模拟信号输入滤波器，用作直流电平控制和平滑滤波。

要进行数字广播，该滤波器必须旁路。

由于激励器控制直流（载波功率电平）输入，发射机必须跳接至直流耦合输入。

具体电路如图５：
２）　调整发射机用于ＤＲＭ调制器的直流电平。

由于激励器提供直流输入用来控制载波功率，因此由模拟输入板提供的
直流电压必须降低。

逆时针调整Ｒ５６使
ＴＰ１４处电压最低。

如图６：
３）　去掉７２ＫＨｚ震荡器，提高频谱性能。

通常状态下，少量的７２ＫＨｚ平滑震荡三角波被加在音频调制信号上。

为满足ＤＲＭ频谱要求，要去掉这个信号。

顺时针调整Ｒ２６使平滑震荡信号
最小化。

如图７：
４）　提供ＤＲＭ音频到发射机两种方式：（１）　在发射机上安装ＤＲＭ调制器，把发射机的振荡器板换
成ＤＲＭ调制器板用作发射机的射频源向发射机提供ＯＦＤＭ调制的ＤＲＭ信号。

５）发高压机外接ＤＲＭ调制器。

发射机震荡板通常用来生成载波信号，它被　ＤＲＭ调制器取代，调制器连接到震荡板上的外部射频输入上。

把连接器Ｐ３从１－３移到１－２来选择外部射频输入。

连接器Ｐ３可用来为ＤＲＭ激励器输出提供５０欧或高阻抗负载。

如图８
做了以上步骤后，发射机就可以进行最后的设置和调试。

DRM 实验简介
美国ＨＡＲＲＩＳ公司在广东９０９台进行中波数字广播（ＤＲＭ）播出效果实验，用于实验的机型选取ＨＡＲＲＩＳ生产的ＤＸ－１０　１０ＫＷ中波数字调幅发射机。

试验收测的仪器主要有：ＡＮＲＩＴＳＵ　Ｍ－２６２Ｅ　场强测试仪，ＨＩＭＡＬＡＹＡ　ＤＲＭ２０１０便携接收机和ＡＯＲ７０３０＋ＦｈＧ　ＤＲＭ　专业接收机，
ＨＰ　８９４４１Ａ频谱分析仪，ＧＰＳ卫星定
▲图６
▲图７
▲图８
技术应用
2010年第10期
▲图９　ＤＲＭ激励器与ＤＸ－１０发射机连接图▲图１０
动接收试验。

收测的结果反映在高密集程度的大城市中的ＤＲＭ　广播接收还不是很理想，在高大建筑物和小山旁，内环高架路，收费站等有顶建筑底，隧道内等等较难接收。

在我们选取的五个收测点的收测情况如下表：
在东边的汇景新城口，场强收测值为７０ｄＢ，但两部接收机均不能接收到任何信号。

在番禺的丽水湾基本能连续和移动收听ＤＲＭ　广播，场强值也较大。

通过实验，初步表明：
１）　当ＤＲＭ发射机发射功率为
２．８ＫＷ时，在１５公里范围内能有效接收。

２）　收听音质大大优于ＡＭ发射效果，且无背景噪声。

３）　接收机的实收场强低于场强仪所测场强，接收机天线有待改进。

综合来说，ＤＲＭ广播在大城市进行广播是可行的，但在高大建筑物和小山旁，内环高架路，收费站等有顶建筑底，隧道内等情况下接收较差，如何作改善还需作进一步的探索。

相信随着对ＤＲＭ广播试验的深入开展，在不断的探索改进中，ＤＲＭ技术将日臻完善和发展。

位仪，网络分析仪，示波器等，接收天线为自制中波框形天线。

整个实验系统连接如图９：
音频信号源送入信源编码器，进行数字编码，在实验中信源编码器由一台电脑上程序来实现。

输出的已编码信号通过光电转换器变换为光信号，再送入ＤＲＭ调制器，作为信道编码、ＣＯＦＤＭ调制。

ＤＲＭ调制器由振荡板和一台电脑组成。

ＤＲＭ接收机为ＡＲ－７０３０　ＤＲＭ接收机，接收机的输出经ＲＳ２３２接口送装有解码分析软件的测试计算机，实现ＤＲＭ接收机的接收、解码以及接收性能测试。

接收系统连接情况如图１０示：（４）收测的具体情况为：在广州市区距本台１０ＫＭ各个方向上收听和收测正在试验的ＤＲＭ广播的传输效果，并在距离八０八台１０ＫＭ东南西北方向上各选取１个点，在距离八０八台２３．５　公里的番禺沙湾选取１个点，共５　个点进行了场强的收测，与模拟ＡＭ广播时的数据作比较，以检验ＤＲＭ的覆盖情况，同时记录下频谱、ＲＦ电平、ＳＭＲ　信噪比等基础参数，并进行了相应的录音，从而得到了相应的实验数据，期间也作了相应的移。