數(shù)字調(diào)幅廣播系統(tǒng)中的信道編碼和調(diào)制技術(shù)研究

侯玉芬

摘要：在廣播事業(yè)中模擬廣播扮演著重要的角色，但目前，其發(fā)展困難重重，為了推動(dòng)廣播事業(yè)的健康與穩(wěn)定發(fā)展，先進(jìn)技術(shù)的研究與應(yīng)用得到了高度的關(guān)注，如：信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與通信技術(shù)等。為了適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要，本文介紹了數(shù)字調(diào)幅廣播的概況，分析了低密度奇偶校驗(yàn)碼（Low-density parity-check，LDPC）與正交頻分復(fù)用調(diào)制（Orthogonal frequency division modulation，OFDM）技術(shù)，重點(diǎn)闡述了速率兼容的LDPC碼及基于LDPC碼的多層編碼調(diào)制系統(tǒng)，旨在滿足數(shù)字調(diào)幅廣播系統(tǒng)的發(fā)展需要，使其服務(wù)質(zhì)量不斷提高。

關(guān)鍵詞：數(shù)字調(diào)幅廣播系統(tǒng)；信道編碼；調(diào)制技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU746 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)1672-3791（2016）01（a）-0000-00

隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，在計(jì)算技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及通信技術(shù)支持下，傳統(tǒng)模擬廣播的發(fā)展受到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，其缺點(diǎn)也日漸顯現(xiàn)，如：較差的傳輸質(zhì)量、單一的業(yè)務(wù)及較強(qiáng)的干擾性等，為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，數(shù)字廣播隨之出現(xiàn)。數(shù)字化與信息化時(shí)代，數(shù)字系統(tǒng)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，為了不斷提高廣播的數(shù)字化與現(xiàn)代化水平，本文重點(diǎn)研究了數(shù)字調(diào)幅廣播系統(tǒng)中的信道編碼與調(diào)制技術(shù)，旨在為其發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 數(shù)字調(diào)幅廣播的概況

1.1 數(shù)字廣播

自廣播領(lǐng)域應(yīng)用數(shù)字技術(shù)后，隨之出現(xiàn)了數(shù)字音頻廣播，它作為新的廣播系統(tǒng)，采用了1.536MHz頻道帶寬與OFDM+DQPSK調(diào)制技術(shù)，同時(shí)每個(gè)子信道利用差分調(diào)制，以此避免了信道估計(jì)問題的出現(xiàn)。數(shù)字音頻廣播具有良好的抵抗能力，同時(shí)其服務(wù)質(zhì)量也有所提高，但它也存在不足，主要表現(xiàn)為需要新的頻點(diǎn)與發(fā)射設(shè)備，同時(shí)其接收機(jī)也具有一定的特殊性，因此，制約了其進(jìn)一步推廣。此后，30MHz以下頻段中短波AM廣播得到了人們的廣泛關(guān)注，為了使其實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，各國均對(duì)其展開了研究。目前，此頻段主要為模擬廣播，其最為突出的問題便是干擾，但該頻段下的調(diào)幅廣播優(yōu)勢明顯，如：較廣的電波覆蓋范圍、較遠(yuǎn)的傳輸距離、雄厚的聽眾基礎(chǔ)、低廉的接收機(jī)等，因此，其中波與短波廣播吸引了各個(gè)廣播公司[1]。

通過對(duì)調(diào)幅廣播的研究可知，其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾方面：一是較低的傳輸質(zhì)量，在實(shí)際傳輸過程中極易受到干擾，如：中波受電波衰落的影響，短波受同頻與鄰頻的干擾，同時(shí)也受電離層的影響；二是單一的業(yè)務(wù)，對(duì)于一部發(fā)射機(jī)而言，其利用一個(gè)載波頻率，僅能夠傳送一套廣播節(jié)目，未能滿足多媒體廣播的發(fā)展需要；三是，較小的頻帶寬，各傳輸帶寬均不足4.5kHz。

1.2 數(shù)字調(diào)幅廣播

在廣播事業(yè)發(fā)展過程中，傳統(tǒng)模擬廣播缺點(diǎn)日漸明顯，為了推動(dòng)廣播的發(fā)展，數(shù)字調(diào)幅廣播吸引了眾人的目光，通常情況下，其發(fā)展目標(biāo)為：其一，良好的音頻質(zhì)量，數(shù)字廣播借助95kHz寬帶，使音質(zhì)達(dá)到甚至超過FM廣播廣播水平；其二，較高的可靠性，在數(shù)字廣播與模擬廣播同播基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高系統(tǒng)抗干擾能力；其三，豐富的數(shù)據(jù)信息，數(shù)字廣播應(yīng)對(duì)多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，如：圖像、文字與動(dòng)畫等；其四，偏低的改造成本，在對(duì)模擬廣播進(jìn)行改造時(shí)，應(yīng)控制其成本，并且要求數(shù)字廣播的接收機(jī)應(yīng)具有經(jīng)濟(jì)性與便攜性[2]。

同時(shí)，我國中短波廣播的數(shù)字化發(fā)展具有積極的意義，在制造商方面，將模擬廣播改造為數(shù)字廣播，其覆蓋范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，作為廉價(jià)的傳媒，通過更新?lián)Q代后，將擁有更為廣闊的市場空間。同時(shí)，廣播過渡發(fā)展時(shí)期，既有的中短波收音機(jī)需要配置數(shù)字廣播接收附件，以此促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在國家方面，模擬廣播實(shí)現(xiàn)數(shù)字化與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展后，適應(yīng)了我國廣播行業(yè)發(fā)展的需求，同時(shí)也為自然災(zāi)害及重大事件等報(bào)道提供了便捷、高速及動(dòng)態(tài)的媒介。

2 數(shù)字調(diào)幅廣播系統(tǒng)中的信道編碼與調(diào)制技術(shù)

在數(shù)字調(diào)幅廣播發(fā)展過程中，最為關(guān)鍵的技術(shù)便是數(shù)字技術(shù)，在信號(hào)發(fā)射、接收、傳輸?shù)冗^程中需要不同的技術(shù)，主要包括數(shù)字壓縮技術(shù)、信道編碼技術(shù)與調(diào)制解調(diào)技術(shù)[3]。本文主要對(duì)后兩種技術(shù)進(jìn)行了介紹，具體內(nèi)容如下：

2.1 信道編碼

信道編碼主要用于傳播于電離層的短波信號(hào)，通過國內(nèi)外學(xué)者的不斷研究，提出了LDPC，它的優(yōu)點(diǎn)為：接近信道容量的性能及較低的譯碼復(fù)雜度[4]。但相關(guān)的研究均是針對(duì)無記憶信道而言的，對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)來說，其信道具有記憶性，因此，為了發(fā)揮LDPC碼的作用，相關(guān)學(xué)者探討了有記憶信道上的LDPC譯碼。雖然有限狀態(tài)馬爾科夫（Markov）模型可描述信道錯(cuò)誤噪聲，但通過研究發(fā)現(xiàn)，在有限狀態(tài)Markov信道上，借助Markov信道記憶特征的聯(lián)合估計(jì)和譯碼算法的性能較為顯著[4]。在國外學(xué)者努力研究下，闡述了聯(lián)合估計(jì)和譯碼算法的兩個(gè)相互迭代部分，分別為標(biāo)準(zhǔn)的和積譯碼算法與前向后向算法，但此時(shí)譯碼器的性能相對(duì)較低，為了有效解決此問題，應(yīng)對(duì)LDPC譯碼算法進(jìn)一步改進(jìn)，通過研究，提出了基于噪聲軟判決的聯(lián)合估計(jì)與譯碼算法，它利用前向后向算法，實(shí)現(xiàn)了信道似然比的重新估計(jì)，同時(shí)在和積譯碼算法中利用概率消息傳遞策略對(duì)信息進(jìn)行更新，從而提高了譯碼器的性能[5]。

在時(shí)變衰落信道上，選用的差錯(cuò)控制策略是結(jié)合不同信道條件以此確定的編碼速率，為了保證此策略的有效性，需要使用速率兼容編碼，即：采用一系列不同的速率碼，其中涉及的碼可利用相同的編碼器或譯碼器進(jìn)行編譯碼。在實(shí)際構(gòu)造速率兼容編碼過程中，長采用刪余方法，此方法主要是利用低速率碼，在傳輸中刪除特定的比特位，從而實(shí)現(xiàn)了編碼速率的提高。目前，BCH碼、卷積碼與Turbo碼是最為常見的速率兼容刪余碼，前兩種易于實(shí)現(xiàn)，但缺點(diǎn)為不能提供接近容量的性能，后者擁有良好的性能，但其缺點(diǎn)為較高的譯碼復(fù)雜度。與Turbo碼相比，LDPC不僅具有較高的性能，同時(shí)其譯碼復(fù)雜度相對(duì)較低，因此，國外學(xué)者對(duì)其展開了研究，并提出了速率兼容LDPC碼，此后，相關(guān)學(xué)者對(duì)其構(gòu)造展開了研究，但由于缺少理論支持，導(dǎo)致刪余LDPC碼缺少最優(yōu)化[6]。

為了優(yōu)化致刪余LDPC碼，應(yīng)采用高斯近似分析法，在此思想指導(dǎo)下，明確刪余LDPC碼的信息傳遞譯碼算法，并推導(dǎo)出迭代公式，同時(shí)利用此公式觀察刪余分布情況，了解刪余LDPC碼的性能，在此基礎(chǔ)上，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)最優(yōu)刪余LDPC碼的構(gòu)造，同時(shí)也保證了其具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

2.2 調(diào)制技術(shù)

OFDM多載波調(diào)制技術(shù)，具有簡明性與高效性，它與LDPC結(jié)合后，便可構(gòu)成OFDM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。

在移動(dòng)無線環(huán)境中，頻譜資源具有有限性，為了促進(jìn)資源的高效利用，通信傳輸?shù)目煽啃孕璨粩嗵岣?，而通信質(zhì)量提高的主要方法便是信道編碼，將其與調(diào)制技術(shù)結(jié)合能夠獲得高效的數(shù)字傳輸方案。通過相關(guān)學(xué)者的研究提出了TCM與BCM編碼調(diào)制方案，二者具有典型性，但在移動(dòng)通信中，信道衰落所引起的長突發(fā)錯(cuò)誤，使其二者難以滿足數(shù)字廣播發(fā)展的需求，因此，在數(shù)字調(diào)幅廣播系統(tǒng)中應(yīng)采用多級(jí)編碼調(diào)制，通過研究提出了基于LDPC碼的多層編碼調(diào)制系統(tǒng)，此方案主要是聯(lián)合編碼與調(diào)制，通過優(yōu)化處理以此保證傳輸性能的提高[7]。

3總結(jié)

綜上所述，在廣播數(shù)字化發(fā)展過程中，數(shù)字調(diào)幅廣播系統(tǒng)的信道編碼與調(diào)制技術(shù)研究得到了廣泛的關(guān)注，本文介紹了數(shù)字調(diào)幅廣播的概況，探討了數(shù)字調(diào)幅廣播的信道編碼與調(diào)制技術(shù)，相信，在現(xiàn)代技術(shù)支持下，數(shù)字調(diào)幅廣播系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)將逐步達(dá)成，同時(shí)我國廣播事業(yè)發(fā)展也將更加穩(wěn)定與高效。

參考文獻(xiàn)

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[3]溫慧明.DRM數(shù)字調(diào)幅廣播技術(shù)及在DX發(fā)射機(jī)進(jìn)行DRM試驗(yàn)的探討[J].衛(wèi)星電視與寬帶多媒體，2010，10：58-63.

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