從AM到DRM

王 立

（國家廣播電視總局572臺，北京 101109）

0 引言

目前，我國短波廣播大多仍然使用AM調(diào)制方式，雖然DRM廣播已經(jīng)基本覆蓋全國，但仍然處于試驗階段。很多業(yè)內(nèi)同事、維護人員熟悉的都是AM設(shè)備，初步接觸DRM時對眾多的技術(shù)術(shù)語很是頭疼，本文通過探討AM和DRM的差別，希望對大家的工作和學(xué)習(xí)能夠有所幫助。

1 AM廣播

1.1 輸入音頻

DF100A短波發(fā)射機是我國短波調(diào)幅發(fā)射使用的主力機型，原調(diào)制器控制器為模擬音頻輸入，如果對控制器進行了數(shù)字化調(diào)制器改造后，也可以使用數(shù)字音頻輸入，但這里數(shù)字音頻信號同樣會轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號處理，到達調(diào)制器時變成與模擬音頻信號一樣的調(diào)制信號波形，最后搭乘載波，以調(diào)幅的調(diào)制形式到達用戶端。不管輸入模擬音頻還是數(shù)字音頻，在用戶端的接受方式是一樣的，接收到的都是調(diào)幅波。發(fā)射機指標、功率，傳輸衰落，噪聲等都會影響用戶收聽效果。

1.2 PSM短波發(fā)射機

DF100A短波發(fā)射機使用的是PSM調(diào)制方式，PSM調(diào)制使用48個低壓整流器循環(huán)通斷來產(chǎn)生音頻調(diào)制電壓，把低幅度的音頻信號在保證失真度前提下進行幅度放大。載波則是由頻率合成器產(chǎn)生一個相位連續(xù)的高頻信號。

圖1 PSM發(fā)射機框圖

模擬音頻通過調(diào)制器進行放大，載波通過前級放大，二者在末級進行疊加，即調(diào)制和功率放大，產(chǎn)生所需要的調(diào)幅波，然后經(jīng)過發(fā)射天線發(fā)送出去。

2 DRM廣播

2.1 與AM對比

由于DRM廣播需要傳輸?shù)膬?nèi)容增多，不止節(jié)目信息，還有附加信息，如電臺名稱，自動頻率切換和節(jié)目伴隨的文本信息等。這些信息都是以數(shù)字信號的形式進行疊加處理的。跟AM調(diào)制可以使用模擬音頻輸入相比，DRM改造則要求使用數(shù)字輸入，方便后續(xù)處理。

圖2 DRM改造后框圖

DRM廣播，首先需要一個服務(wù)器，也就是調(diào)制編碼器，把輸入的數(shù)字信號，疊加頻道信息等進行編碼，這里的數(shù)字信息可以是聲音，也可以是圖像，可以是一路，也可以是二路或多路。調(diào)制編碼器采用的調(diào)制方式就是OFDM調(diào)制。OFDM產(chǎn)生的基帶信號是模擬信號，但不同于模擬聲音信號，不能直接收聽，不能直接傳輸?shù)接脩舳?，需要?jīng)過放大，在用戶端進行數(shù)字解調(diào)處理，才能還原出聲音或圖像。

這里，就可以看出，可以簡單地說，AM使用的是AM調(diào)制，DRM使用的是OFDM調(diào)制，二者調(diào)制方式不同。

但由于現(xiàn)有的DRM廣播發(fā)送設(shè)備是在AM短波發(fā)射機上改造而來，在調(diào)制放大部分仍然使用的是PSM調(diào)制。雖然都是PSM調(diào)制，但還是有所不同：相對比，AM調(diào)制是把模擬音頻波形和載波疊加，產(chǎn)生普通的調(diào)幅波；而DRM廣播則是先用OFDM調(diào)制把各種數(shù)字信號進行處理，產(chǎn)生基帶信號，然后對基帶信號進行分離，把頻率和相位送入數(shù)字頻率合成器，產(chǎn)生調(diào)相載波，基帶信號的包絡(luò)檢出送入調(diào)制器控制器，產(chǎn)生模擬被調(diào)波，最后進行疊加調(diào)制，產(chǎn)生數(shù)字調(diào)幅波。

AM廣播：

模擬音頻*普通載波→調(diào)幅波

DRM廣播：

數(shù)字音頻→OFDM基帶信號→包絡(luò)和調(diào)相載波

OFDM基帶信號的包絡(luò)*調(diào)相載波→數(shù)字調(diào)幅波

AM廣播的調(diào)幅波在接收端進行解調(diào)后，解調(diào)信號的包絡(luò)就可以直接輸出音頻信號。而DRM廣播的數(shù)字調(diào)幅波在接收端進行解調(diào)后，仍然需要特定的解碼器，將數(shù)字信號恢復(fù)出來，再轉(zhuǎn)變?yōu)橐纛l輸出。

2.2 DRM調(diào)制編碼器

改動最大、最復(fù)雜的就是調(diào)制編碼器這一部分：

數(shù)字音頻信號根據(jù)節(jié)目、來源，在保持高質(zhì)量聲音信號和高效率傳輸?shù)哪康南?，需要統(tǒng)一格式，這里就引入了MPEG/AAC等音頻編碼方式的概念，也就是需要進行信源編碼；為了對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流進行差錯保護，又需要進行卷積編碼，還要疊加頻道信息，快速訪問信息等，這一部分就是信道編碼。信源編碼著重于對信號的容量進行壓縮，提高傳輸效率；信道編碼針對多變的信道插入冗余信息，增加傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

數(shù)字音頻信號、各種附加信息經(jīng)過信源編碼和信道編碼后，得到的仍然是數(shù)字信號，不能直接進行調(diào)幅調(diào)制，需要進行OFDM調(diào)制，產(chǎn)生基帶信號。并且在進行OFDM調(diào)制前，需要首先將數(shù)字信號通過QAM調(diào)制映射成模擬信號。

圖3 調(diào)制編碼器示意圖

為了同時兼顧可靠的傳輸率和抗干擾能力，在DRM系統(tǒng)中，對每一個子載波信號應(yīng)用的調(diào)制方式是QAM調(diào)制。QAM調(diào)制是將比特流轉(zhuǎn)成了特定的波形進行傳輸，根據(jù)調(diào)制方式的不同，即可能是一個比特對應(yīng)一個波形，也有可能是數(shù)個比特對應(yīng)一個波形（高階調(diào)制）。在實際應(yīng)用中，采用16QAM或者64QAM調(diào)制。

以16QAM為例，經(jīng)過信道編碼的數(shù)據(jù)流每4比特組成1個符號，經(jīng)過數(shù)據(jù)分離后，前2比特為I（同相）分量，后2比特為Q（正交）分量。I和Q各有4種幅度，即+3a、+a、-a、-3a，分別代表00、10、01和11，然后通過星座圖映射，得到16個星點，代表16種狀態(tài)，對應(yīng)于傳輸0000，0001，……，1110，1111共16組數(shù)據(jù)序列。

同樣，也可以64QAM每個符號由6比特組成，共有64種不同的狀態(tài)。

3 OFDM調(diào)制

OFDM調(diào)制的基本原理是通過將串行數(shù)據(jù)與多個正交子載波并行調(diào)制，優(yōu)點是可以增強頻譜利用率，提高抗干擾、抗衰落的能力。子載波雖然在頻域上重疊，但仍滿足奈奎斯特準則，在采樣分離時互不干擾。

理論中發(fā)送N個子載波容易，但硬件中實現(xiàn)電路會比較復(fù)雜。由于在一個OFDM數(shù)據(jù)單元的時長T內(nèi)，用N個子載波各自發(fā)送一個信號F（k）（k∈[1，N]），理論上等效于直接在時域上連續(xù)發(fā)送fn（n∈[1，N]）N個信號，每個信號發(fā)送T/N的時長。因此可以簡化這一個疊加過程，前文中，數(shù)字編碼經(jīng)過QAM調(diào)制，或者說QAM映射后，得到N個信號，每個信號發(fā)送T/N的時長，這樣就完成了OFDM調(diào)制。通過QAM調(diào)制映射后的信號就可以變?yōu)镺FDM基帶信號，送入PSM發(fā)射機進行調(diào)制發(fā)送。

因為現(xiàn)階段DRM廣播在調(diào)制放大部分仍然采用的是PSM調(diào)制方式，所以在現(xiàn)有發(fā)射設(shè)備上，可以通過頻率合成器改造、加裝調(diào)制編碼器等實現(xiàn)DRM和AM的多模式并存，在兩種發(fā)送方式上根據(jù)需要進行自由切換，更加靈活地滿足發(fā)送和收聽需要。

4 結(jié)束語

由于篇幅所限，對于OFDM調(diào)制部分沒有過多描述。DRM廣播傳輸效率、音質(zhì)和抗干擾能力方面都強于調(diào)幅廣播，有利于提升用戶體驗，增強用戶黏性，為短波廣播爭取生存空間。對于廣大廣播從業(yè)者來說，盡快接觸、學(xué)習(xí)新技術(shù)，更好地使用和維護DRM廣播，能夠為我國的廣播事業(yè)持續(xù)發(fā)展注入新的動力。