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_青岛地区频率数字广播CDR数据传输业务试点建设

摘要:数字音频广播技术是继调幅(AM)、调频(FM)广播之后的第三代广播技术,是广播发射技术的未来发展方向。本文简要介绍了CDR的技术发展历程、CDR使用的主要技术和特点,介绍了青岛地区CDR数据传输试点的技术方案和场强测量数据,验证了CDR场强效应和音质。数字音频广播可以在现有模拟频段重复使用数字信息,并单向传输高精度定位、电子计划指南(EPG)、紧急广播信息等多种增值服务。

关键词:CDR;数据传输

1数字音频广播技术的发展

影响力大的数字音频广播(DAB)技术起源于1980年德国广播技术研究所,在欧洲和北美广泛使用。数字调幅广播(DRM)技术始于1996年的法国。2004年,DAB通过开发数字多媒体广播(DMB)技术,在高速移动环境中提供文本、照片、音频视频等数据接收业务。

中国数字频率广播电台(China digital radio,CDR)由国家广电总局主持研发,是具有中国自主知识产权的移动多媒体广播技术。CDR技术可以在FM现有频段同时传递数字信号,并使数字信号和模拟信号以相同频率重叠,从而在不使用额外带宽的情况下实现从模拟广播到数字广播的平稳过渡。

2数字音频广播的优点和缺点

数字音频广播是从传统模拟系统演化为现代数字通信广播技术的广播技术,是以数字技术为基础,利用先进的音频数字编码、数据压缩、纠错编码、数字调制、传输技术,将广播信号完全数字化的广播系统。与传统的模拟技术广播相比,数字广播技术可以提供比传统的同频率资源更多的内容和更丰富的形式的业务,服务质量和用户感受也将得到极大提高。两者之间的差异见表1。

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3 CDR使用的技术

3.1源代码

源编码将模拟音频信号转换为数字信号,压缩数据,提高传输效率,降低比特率,降低传输速率。

数字音频(DRA)是我国具有自主知识产权的数字音频编解码器技术标准。基于人耳听觉特性的编码压缩,支持立体声和环绕立体声。DRA也是国际蓝光光盘协会音频标准。

在CDR中使用DRA音频编码标准是DRA的低比特率扩展版。输入信号的标准采样率范围为16~96 kHz,输出速率范围为16~384 kbit/s,可以调节编码参数,可以在频率通道内传输多个立体声程序或5.1环绕声程序,并保持主观声音质量。DRA提供立体声和环绕立体声两种分层编码模式,同时考虑了数字FM广播的覆盖范围和广播音质。

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3.2通道编码

传输数据时,噪音等因素会导致接收端出现数据接收错误。因此,调制前对数字信号进行信道编码,接收方通过计算找到错误的位置,进行反向校正以获得正确的信号。信道编码增加了数据吞吐量。

在CDR中使用低密度奇偶校验检查(LDPC)是基于随机编码和重复解码的下一代高效通道编码技术。LDPC码有两种解码算法,硬判决算法和概率解码软决定算法,并在软决定算法中提供了解决香农限制的纠错性能。LDPC具有适用于OFDM高速解码的简单解码器结构,在移动通信、DTMB等数据传输领域得到了广泛应用。

3.3多载波正交频分复用(OFDM)调制

OFDM通过频分复用,实现高速串行数据的并行传输,对多路径衰减有很好的抵抗力。OFDM将信道划分为多个子信道,将高速数据信号转换为并行低速子数据流,并调制为在每个子信道上传输。OFDM系统的一个主要优点是正交子载波可以使用快速傅里叶变换(FFT/IFFT)进行调制和调整。

为了消除多路径引起的符号之间的干扰,可以在OFDM系统发射器中添加保护间隔。保护间隔通常填充循环前缀(有时还可以插入循环后缀)。否则,空白部分会损害子载波的正交性,从而引起载波之间的干扰。循环前缀的长度应至少为多路径延迟的4倍,城市信道延迟为0.78s,乡村为0.43s,障碍物延迟为5.1s,因此循环前缀的最大长度至少为20.4s (5.1 4)。

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对于需要大范围的区域和密集的城市区域,可以利用OFDM的抗干扰能力设置广播单频网络运营。为此,多个发射机必须在时间和频率上完全匹配,如果发射机距离较远,信号延迟较大,则必须增加保护间隔。一般单频网络设计为循环前缀的1.2倍,距离

50公里为139s,一般单频网络必须大于139s才能满足复盖范围要求。

3.4设定符号周期(副载波间隔)

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可以在表4中计算,OFDM的符号周期长度必须大于

是256.4s。当接收机在高速移动中接收时,多普勒移动会损害子载波之间的正交性,从而减少影响,以108 MHz,

300公里/小时,相关度为0.5的相关时间为6毫秒。所以OFDM

的符号周期值介于256.4s和6毫秒之间。

4 CDR的特点

4.1适应不同应用方案的不同模式

CDR传输有三种模式。传输模式1用于广泛的网络、大面积覆盖。传输模式2用于高速移动接收。传输模式3用于高速传输。

4.2各种光谱组成

(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(模拟-数字同步模式):频谱模式9/10、22/23。

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4.3音频编码使用DRA低速扩展(DRA)

与音频输出速率范围为16 kbit/秒的DRA相比,DRA添加了频带复制、参数立体声和分层模块等增强技术

如果带宽高达每秒384 kbit,则可以传输多通道立体声程序或环绕立体声程序集。

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5部署CDR发射器

发射波段位于青岛市太平山1号,东经120 20 ‘ 58 “,北纬36 4 ‘ 7 “,高度116米,天线高度150米,天线增益6 dB。

发射机品牌是GATESAIR,是模拟放大器模块发射功率

6.4千瓦。功率放大器模块在FM模拟工作方式中在C类放大中工作,以保证效率。FM CDR数字模拟混合广播,在AB上工作

类的扩大保证了线性。主要工作参数如下:

(1)模块功率比:-14 dB,即数字功率比模拟功率低14 dB。

(2)传输模式:传输模式1。

(3)光谱模式:光谱模式9。

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6单发射机数据发射机系统示意图

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7单发射机CDR性能测试

(1)目的:验证CDR场强效应和主观音质评价。

(2)方法:定点测试与移动接收测试相结合。

1)不动点测试

使用10米和4米天线测试FM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径。

选择辐射和环路两大类别。

深沟部分,山周围。

建筑物密集地区的主要道路,作为移动接收测试的重点。

(3)数据接收系统示意图

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(4)接收测量数据和主观评价

频谱比较,89.7 MHz是包含CDR的数字模拟同步发射机,接收频谱,107.6 MHz是常规模拟发射机。

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图5的上部为89.7 MHz(CDR),下部为107.6 MHz

场强计是Navigator100测试仪。

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图6场强图(FM89.7 MHz)

主观评价:榉树山FM89.7 MHz发射信号的模拟频段在整个城市覆盖得很好,部分黄色路段由于城市高层建筑的阻挡而影响了收听效果。数码乐队在釜山南部、釜山东部、老虎山东一侧、老虎山北部、星河湾北部被釜山山地的影响或高层建筑遮挡,应用效果不好,市内其他区间的信号很好。

8结论

数字音频广播可以在传统的模拟频段重复使用数字信息,并可以单向传输各种增值服务,如收听高质量广播、高精度定位、电子计划指南(EPG)、紧急广播信息等。青岛地区FM数字广播数据传输事业的试点建设,不仅保证了传统广播对数字广播的顺利和过分,而且为后期开展各种增值业务提供了平台。

参考文献:

[1] GDJ 058-2014频段数字音频广播音频源编码技术规范[S]。北京:国家新闻出版总局科学技术部,2014年。

[2] GDJ 059-2014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部,2014年。

[3] GDJ 060-2014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部,2014年。

[4] GDJ 061-2014频段数字音频广播激励技术要求和测量方法[S]。北京:国家新闻出版广电总局科技部,2014年。

[5] GDJ 062-2014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部,2014年。

[6] GDJ 063-2014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部,2014年。

(注:本文转载于《电子产品世界》杂志2022年10月刊)

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