數(shù)字時代廣播電視信號無線發(fā)射技術(shù)探討

摘 要：在數(shù)字化的時代背景下，我國廣播電視信號技術(shù)進(jìn)入了由模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)過渡的關(guān)鍵時期，由我國自主研發(fā)的數(shù)字音頻廣播技術(shù)正在全面普及，廣播電視發(fā)射技術(shù)的發(fā)展又出現(xiàn)了一些新特征。本文分析了我國當(dāng)前的數(shù)字音頻廣播和地面數(shù)字電視技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和優(yōu)勢，著重對數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和基本原理進(jìn)行了分析，并對其中的一些關(guān)鍵技術(shù)展開了研究。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；CDR技術(shù)；DTMB標(biāo)準(zhǔn)；廣播電視

進(jìn)入數(shù)字化時代以來，隨著我國廣播電視事業(yè)的發(fā)展，無線廣播電視數(shù)字化進(jìn)程不斷加快，初步形成了一個技術(shù)先進(jìn)、傳輸高效、覆蓋面廣的無線數(shù)字廣播電視技術(shù)發(fā)展格局。為了進(jìn)一步推廣我國自主研發(fā)的數(shù)字音頻廣播技術(shù)，我國于2016年成立了CDR工作組，經(jīng)過多年的試驗(yàn)與改進(jìn)，CDR系統(tǒng)的研究與應(yīng)用已經(jīng)取得了階段性成果。目前，我國的無線數(shù)字化覆蓋技術(shù)形成了地面數(shù)字電視（DTMB）與數(shù)字音頻廣播（CDR）并存的傳輸技術(shù)體系[1]。對數(shù)字時代的廣播電視信號無線發(fā)射技術(shù)進(jìn)行深入探討，對于我國廣播電視事業(yè)的發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 CDR技術(shù)及其特點(diǎn)分析

CDR技術(shù)是一種基于數(shù)字信號處理的無線信號發(fā)射技術(shù)，充分利用了現(xiàn)代數(shù)字編碼技術(shù)、數(shù)字壓縮和糾錯技術(shù)、信道利用及數(shù)字調(diào)制技術(shù)，使傳統(tǒng)的模擬廣播系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全面數(shù)字化改造，成為了我國第三代廣播電視技術(shù)。CDR技術(shù)在頻譜利用率、音質(zhì)、傳輸效率、發(fā)射功率、抗干擾能力等方面均取得了革命性突破，尤其是其可以實(shí)現(xiàn)大面積組網(wǎng)覆蓋的優(yōu)勢，更是為其迅速推廣應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[2]。數(shù)字音頻廣播技術(shù)支持傳統(tǒng)廣播技術(shù)所具有的調(diào)頻調(diào)幅一體化功能，使廣播接收終端設(shè)備的結(jié)構(gòu)大大簡化，在基本保持當(dāng)前頻率管理體制的條件下，可以實(shí)現(xiàn)更加平衡的頻譜過渡，使系統(tǒng)進(jìn)一步提高頻譜資源利用率成為了可能。

2 DTMB技術(shù)及其特點(diǎn)分析

我國的DTMB標(biāo)準(zhǔn)充分吸收了歐洲D(zhuǎn)VB-T標(biāo)準(zhǔn)、日本ISDB-T標(biāo)準(zhǔn)和美國ATSC標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢，通過48.5MHz～862MHz頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，總帶寬達(dá)到8MHz，可以發(fā)送和接收多達(dá)30種以上的數(shù)據(jù)格式。與傳統(tǒng)的電視發(fā)射技術(shù)相比，DTMB標(biāo)準(zhǔn)充分利用了現(xiàn)代電子技術(shù)中的同步正交頻分復(fù)用技術(shù)（TDS-OFDM）對電視信息進(jìn)行調(diào)制，并且以PN序列擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ)，在傳輸過程中進(jìn)行了有針對性的高保護(hù)同步傳輸設(shè)計(jì)，使頻譜利用率大大提升。另外，得益于信道估計(jì)算法的創(chuàng)新和改進(jìn)，DTMB標(biāo)準(zhǔn)對于移動終端的接收性能有了質(zhì)的提升，在信噪比上得到了重大改善?；谏鲜鎏攸c(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)勢，國家已將DTMB標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定為我國第四代地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，并加以推廣應(yīng)用。

3數(shù)字音頻廣播關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1總體結(jié)構(gòu)

CDR系統(tǒng)通常由信號源系統(tǒng)和發(fā)射系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成，其中前者主要負(fù)責(zé)衛(wèi)星信號接收、特殊情況下的主備切換等功能；發(fā)射系統(tǒng)采用數(shù)字傳送碼流和數(shù)字音頻廣播各占用一路的形式進(jìn)行無線信號發(fā)射，可以實(shí)現(xiàn)對中央臺中1節(jié)目的衛(wèi)星接收及后續(xù)的數(shù)字信號處理環(huán)節(jié)，發(fā)射系統(tǒng)通常只分配一個調(diào)頻廣播頻率，通過同步發(fā)射模擬信號和數(shù)字信號來實(shí)現(xiàn)傳輸覆蓋。CDR系統(tǒng)中的利用技術(shù)是指正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)，頻道間隔和帶寬基本單位均為100kHz，最高不超過200kHz。CDR發(fā)射系統(tǒng)一般包含音頻和數(shù)據(jù)輸入模塊、復(fù)用模塊和信道編碼與調(diào)制模塊三大組成部分，音頻節(jié)目和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)必須先后經(jīng)過音頻編碼、信號復(fù)用、信道編碼、數(shù)字調(diào)制等過程，才能以CDR射頻信號的形式向外部空間發(fā)射出去。其基本原理如圖1所示。

3.2信號源

數(shù)字音頻廣播發(fā)射系統(tǒng)中的信號源可以分為主備兩路，以衛(wèi)星鏈路進(jìn)行信號傳輸，主務(wù)信號源中的碼流通過衛(wèi)星100路廣播編碼復(fù)用平臺的處理后進(jìn)入地球接收站，其中中星6B、亞太6號等衛(wèi)星成為整個信號傳輸鏈路中的關(guān)鍵系統(tǒng)鏈路，完成對主備鏈路信號的高效分發(fā)。信號源一般采用衛(wèi)星接收，因此其性能指標(biāo)一般要求較嚴(yán)格，以完成與衛(wèi)星之間的數(shù)據(jù)交換。例如，其射頻輸入接口采用了F型英制75Ω接口，分別設(shè)置了模擬輸出和數(shù)字輸出各一路。其內(nèi)部資源十分豐富。

3.3激勵器

在激勵器的支持下，CDR技術(shù)既可以采用模擬工作方式，也可以采用數(shù)字工作方式，還可以實(shí)現(xiàn)模數(shù)同播，并且在正常工作過程中允許根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行工作模式的切換。對GY/T268.1-2013標(biāo)準(zhǔn)中推薦的所有頻譜模式均具有兼容性。激勵器的模式1-2屬于數(shù)字音頻廣播模式，模式9-10屬于模數(shù)立體聲同播模式，模式22-23則是一種模數(shù)單聲道同播模式。在模數(shù)同播模式中，一般會采用比數(shù)字音頻功率大14dB的模擬音頻信號，并且其帶寬也做了相應(yīng)調(diào)整。激勵器工頻可實(shí)現(xiàn)由87MHz至108MHz可調(diào)，具有手動和自動兩種切換方式。

3.4發(fā)射系統(tǒng)

在CDR系統(tǒng)中，信道編碼和調(diào)制均采用了專用的CDR規(guī)范。首先，信號源系統(tǒng)生成了符合發(fā)射要求的信號碼流，然后以主備兩種形式由切換系統(tǒng)進(jìn)行自動篩選，最后KWE質(zhì)量較佳的碼流被傳輸至CDR發(fā)射機(jī)；而模擬音頻廣播信號由無需經(jīng)過上述過程即可直接送到發(fā)射機(jī)，因?yàn)镃DR發(fā)射要同時兼容數(shù)字和模擬信號的同步廣播。數(shù)字信號在發(fā)射機(jī)中由激勵器進(jìn)行信道編碼、數(shù)字調(diào)制、再經(jīng)過上變頻，然后與模擬信號同步向外發(fā)射。一般來說，模擬信號的發(fā)射功率保持恒定即可，但數(shù)字信號的功率需要按照不同的實(shí)際需求進(jìn)行恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使模擬信號和數(shù)字信號的功率比維持在合理的范圍內(nèi)。為了對主備兩路信號進(jìn)行選擇和切換，以提高信號質(zhì)量，一般在發(fā)射機(jī)中都安裝了射頻同軸切換開關(guān)和假負(fù)載，保證發(fā)射信號的質(zhì)量。

3.5天饋線系統(tǒng)

CDR天饋線系統(tǒng)對信號質(zhì)量有著重要的影響，因此一般在選型上都會十分謹(jǐn)慎，需要與其它模塊的技術(shù)參數(shù)相適應(yīng)。一般來說，我國目前的數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)以全頻段調(diào)頻天線的應(yīng)用為主，其最大的優(yōu)勢在于能夠按照待覆蓋區(qū)域的實(shí)際條件進(jìn)行賦形設(shè)計(jì)。在市場上現(xiàn)有的天饋線系統(tǒng)中，以雙偶極板天線的總體性能最佳，但其成本相對較高，在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)也可以采用垂直單偶極子天線來代替。

4結(jié)語

CDR技術(shù)作為我國自主研發(fā)的數(shù)字音頻廣播標(biāo)準(zhǔn)，其推廣應(yīng)用顯著改善了傳統(tǒng)的模擬廣播系統(tǒng)的效率低、速度慢、質(zhì)量差等問題，使各地的中央廣播節(jié)目的覆蓋效果和質(zhì)量都有了質(zhì)的提升，實(shí)現(xiàn)了我國廣播電視的全面無線數(shù)字化覆蓋。我國作為全球調(diào)頻廣播的應(yīng)用大國，有著宏大的受眾群體和市場空間，因此必須掌握核心技術(shù)，才能更好地促進(jìn)我國廣播電視事業(yè)的發(fā)展，在國際廣播電視發(fā)射技術(shù)領(lǐng)域走在前列。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉鎖，胡維剛，姜鵬程.市級廣播電視臺CDR廣播系統(tǒng)建設(shè)及技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用[J].廣播與電視技術(shù).2017，（12）：116-119.

[2]趙永珺，楊學(xué)哲.天津中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程技術(shù)方案[J].廣播與電視技術(shù).2017，（5）：94-98.

作者簡介：

蘇輝 1972.05.24 男，回族，安徽亳州，本科，亳州市廣播電視臺，技術(shù)中心副主任，主要從事廣播電視播出發(fā)射，覆蓋等工作。