青岛地区调频数字广播CDR数据传输业务的试点建设

摘 要：数字音频广播技术是继调幅（AM）、调频（FM）广播后的第三代广播技术，是广播发射技术未来发展的方向。本文简述了CDR的技术发展历程、CDR使用的一些关键技术和特点，最后介绍了青岛地区CDR数据传输试点的技术方案和场强收测数据，对CDR场强效果和音质进行了验证评价。数字音频广播在现有的模拟调频频段复用数字信息，可以单向传输多种增值业务，例如高精度定位、EPG（Electronic Program Guide，电子节目指南）、应急广播信息等等，发展前景广阔。

关键词：CDR；数据传输

1 数字音频广播技术的发展

影响力较大的数字音频广播（digital audio broadcasting，DAB）技术 1980 年源于德国广播技术研究所，在欧洲和北美使用广泛。数字调幅广播（digital radio mondiale，DRM）技术 1996 年源于法国。2004 年 DAB 向数字多媒体广播（digital multimedia broadcasting，DMB）技术发展，提供高速移动环境下接收文字、图片、音视频等数据业务。

中国数字调频广播 (China digital radio，CDR) 是国家广电总局主持研发的，具有中国自主知识产权的移动多媒体广播技术。CDR 技术在 FM 原有频段上同时传播数字信号，并将数字信号和模拟信号同频混叠，不占用额外带宽，有利于模拟广播向数字广播的平滑过渡。

2 数字音频广播的优缺点

数字音频广播是从传统模拟制式向现代数字化通信广播技术演变而出现的一种广播技术，是以数字技术为基础，采用先进的音频数字编码、数据压缩、纠错编码以及数字调制、传输技术，对广播信号进行全面数字化处理的广播系统。相比传统的模拟技术广播，在现有同样的频率资源下，数字广播技术可以提供内容更多、形式更丰富的业务，而且服务质量和用户感受也将有更大的提升。两者区别见表 1。

3 CDR使用的技术

3.1 信源编码

信源编码将模拟音频信号转换为数字信号，对数据进行压缩，提高传输的有效性，减少码率，降低传输速率。

DRA（Digital Rise Audio）是我国具备自主知识产权的数字音频编解码技术标准。基于人耳听觉特性进行编码压缩，支持立体声和环绕声。DRA 同时也是国际蓝光光盘协会音频标准。

CDR 中使用 DRA+ 音频编码标准，是 DRA 的低码率扩展版。输入信号的标准采样率范围是 16~96 kHz，输出码率范围是 16~384 kbit/s，编码参数可调，在调频信道内可传输多路立体声节目或一路 5.1 环绕声节目，并保持较好的主观声音质量。DRA+ 能够提供立体声和环绕声两种分层编码模式，兼顾了数字调频广播的应用范围和广播音质。

3.2 信道编码

在传输数据时，因噪声等因素干扰，在接收端出现数据接收错误。因此在调制前对数字信号进行信道编码，接收端通过计算，找出错误的位置，取反纠正，得到正确信号。信道编码会增加数据传输量。

CDR 中使用 LDPC（Low Density Parity Check，低密度校验码），是一种基于随机编码和迭代译码的新一代高效信道编码技术。LDPC 码有两种译码算法，硬判决算法和概率译码软判决算法，在软判决算法下，提供解决香农限的纠错性能。LDPC 具有解码器结构简单，适合 OFDM 高速解码，在移动通信、DTMB 等数据传输领域应用广泛。

3.3 多载波OFDM（正交频分复用）调制

OFDM 通过频分复用实现高速串行数据的并行传输 , 它具有较好的抗多径衰落的能力。OFDM 将信道分成若干子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。OFDM 系统一个主要优点是，正交的子载波可以利用快速傅利叶变换（FFT/IFFT）实现调制和解调。

为了消除多径所造成的符号间干扰，在 OFDM 系统发射端可加入保护间隔，保护间隔通常用循环前缀（有时还可插入循环后缀）来填充，否则空白部分会破坏子载波的正交性，引起载波间干扰。循环前缀的长度应大于多径时延的 4 倍以上，城市信道时延扩展为 0.78 µs，乡村为 0.43 µs，障碍物的时延为 5.1 µs，因此循环前缀的最大长度至少为 20.4 µs（5.1×4）。

对于需要大范围覆盖的地区和密集的城市地区覆盖，可以利用 OFDM 的抗干扰特性，建立广播单频网运行。这要求多个发射机在时间和频率上保持精确一致，若发射机距离较远，所收到的信号时延较大，就要增加保护间隔。一般单频网设计为循环前缀的 1.2 倍，距离 50 千米时为 139 µs，一般单频网应大于 139 µs 以满足覆盖要求。

3.4 符号周期（子载波间隔）的设定

由表 4 可以计算，OFDM 的符号周期长度应大于 256.4 µs。当接收机在高速移动接收时，多普勒频移会破坏子载波间的正交性，为减少影响，其在 108 MHz、 300 km/h、相关度 0.5 的相干时间为 6 ms。因此 OFDM 的符号周期取值为 256.4 µs 至 6 ms 之间。

4 CDR的特点

4.1 多种模式适应不同的应用场景

CDR 传输共有三种模式，传输模式 1 用于大范围组网、大面积覆盖；传输模式 2 用于高速移动接收；传输模式 3 用于高速率传输。

4.2 多种频谱配置

（1）纯数字模式：频谱模式 1 和频谱模式 2。

（2）数字频率不连续（模数同发模式）：频谱模式 9/10、22/23。

4.3 音频编码采用DRA低码率扩展版本（DRA+）

DRA+ 相比 DRA 增加了频带复制、参数立体声和分层模块等增强技术，音频输出码率范围可以从 16 kbit/s 到 384 kbit/s，如果带宽允许，可以传输多路立体声节目或一套环绕声节目。

5 CDR发射机部署

发射台站位于青岛市太平山 1 号，东经120° 20′ 58″，北纬 36° 4′ 7″ ，海拔高度 116 m，天线高度 150 m，天线增益 6 dB。

发射机品牌为 GATESAIR，模拟功放模块发射功率 6.4 kW。功放模块在 FM 模拟工作方式时，工作在 C 类放大保证效率；在 FM+CDR 数模混播时，工作在 AB 类放大保证线性。主要工作参数如下所述。

（1）模数功率比：-14 dB，即数字功率低于模拟功率 14 dB。

（2）传输模式：传输模式 1。

（3）频谱模式：频谱模式 9。

6 单发射机数据发送端系统图

7 单发射机CDR性能测试

（1）目的：验证 CDR 场强效果和主观音质评价。

（2）方法：定点测试与移动接收测试相结合。

   1）定点测试

      ● 使用 10 m 和 4 m 天线测试调频和数字信号场强、误码率等信息。

   2）根据实际情况设计移动接收测试路线

      ● 选取放射和环路两大类。

      ● 深槽路段、山体周边。

      ● 建筑密集区的主干道作为移动接收测试的重点。

（3）数据接收系统示意图

（4）收测数据及主观评价

频谱图对比，89.7 MHz 为含 CDR 的数模同播发射机接收频谱，107.6 MHz 为普通模拟发射机。

图5 上侧为89.7 MHz（CDR），下侧为107.6 MHz

场强收测仪器为 Navigator100 测试仪。

图6 场强图（FM89.7 MHz）

主观评价：榉林山 FM89.7 MHz 发射信号的模拟频段在市区整体覆盖良好，部分黄色路段因市区高楼遮挡，影响了收听效果。数字频段在浮山南侧、浮山东侧、老虎山东侧、老虎山北侧、星河湾北侧受浮山山地影响或高楼遮挡，覆盖效果较差，市区其他路段信号良好。

8 结语

数字音频广播在现有的模拟调频频段复用数字信息，可以单向传输多种增值业务，例如高音质广播收听、高精度定位、EPG（Electronic Program Guide，电子节目指南）、应急广播信息等等，发展前景广阔。青岛地区调频数字广播数据传输业务的试点建设，既保证传统广播向数字广播平稳过度，也为后期开展各种增值业务提供了平台。

参考文献：

[1] GDJ 058-2014调频频段数字音频广播音频信源编码技术规范[S].北京:国家新闻出版广电总局科技司,2014.

[2] GDJ 059-2014调频频段数字音频广播音频编码器技术要求和测量方法[S].北京:国家新闻出版广电总局科技司,2014.

[3] GDJ 060-2014调频频段数字音频广播复用器技术要求和测量方法[S].北京:国家新闻出版广电总局科技司,2014.

[4] GDJ 061-2014调频频段数字音频广播激励器技术要求和测量方法[S].北京:国家新闻出版广电总局科技司,2014.

[5] GDJ 062-2014调频频段数字音频广播发射机技术要求和测量方法[S].北京:国家新闻出版广电总局科技司,2014.

[6] GDJ 063-2014调频频段数字音频广播专业接收解码器技术要求和测量方法[S].北京:国家新闻出版广电总局科技司,2014.

(注：本文转载自《电子产品世界》杂志2022年10月期)