宋世琦

摘 要：DRM是世界數字廣播聯盟指定的數字化標準，可以對30 MHz以下的廣播波段進行調幅，近年來DRM廣播進行了多次實驗，取得了一定的成就。DRM基帶產生的信號需要經過信源編碼、信道編碼和OFDM（正交頻分復用），在這個過程中需要選用合適的編碼和調制參數。該文結合數字中波發(fā)射系統(tǒng)概況，提出技術應用的難點，對傳統(tǒng)發(fā)射機改造進行了理論分析。

關鍵詞：中波 廣播發(fā)射系統(tǒng) 技術改造

中圖分類號：TN838 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（b）-0095-02

近年來，越來越多的聽眾逐漸遠離中波發(fā)射節(jié)目，主要是由于調頻廣播可以為用戶提供更優(yōu)質的音質，干擾問題得到解決。人為的電磁干擾對中波發(fā)射系統(tǒng)構成了較大威脅，中波收音機制造廠商為了避免干擾的影響，加快了對窄波段接收機的研究應用，降低了音頻質量。與調頻廣播相比，調幅廣播的發(fā)展面臨萎縮，為了給中波臺站提供出路，需要對發(fā)射系統(tǒng)進行改造。

1 數字中波發(fā)射系統(tǒng)概況

20世紀90年代，歐洲國家開展了尤里卡147計劃，美國開展研究高清廣播系統(tǒng)，多家企業(yè)聯合開展Acorn項目，頻段技術不斷革新，數字廣播技術不斷發(fā)展。從1989年開始，DRM技術作為多載波系統(tǒng)被廣泛應用，主要目的是為了提高30 MHz以下中波的發(fā)射質量，在技術應用的初始階段，實現短波的數字化轉變，在不斷的研究過程中，DRM標準被廣泛應用于中波和長波發(fā)射[1]。近年來，隨著頻段研究技術的發(fā)展，DRM技術標準獲得國際電聯認可，逐漸將其擴展到VHF的1～3頻段，DRM技術在全球范圍內推廣應用，在印度和俄羅斯等國家被確定為中波行業(yè)標準，隨后廣播運營商、設備生產廠家等加入到技術應用的行列中。

DRM應用OFDM系統(tǒng)，結合多載波攜帶信息，保證數字信息在同一系列的載波上發(fā)射出去。數字中波系統(tǒng)具有很多優(yōu)點，例如具有較強的抗干擾性和抗噪能力，傳輸質量較高，不會出現噪聲累積和失真問題，數字信號可靠處理后與計算機連接，可以對發(fā)射機的功率進行調整，數字信息也可以通過網絡實現共享。

2 技術難點

針對DRM基帶信號而言，其功率密度函數均勻分布在信號帶寬范圍內，與模擬AM信號不同的是，能量不會集中在中心載波范圍，而是一種多載波信號。應用過程中，通道的帶寬會一定程度上限制輸入信號，導致不同的子載波出現不同的幅度變化，信號接收的可靠性受到制約。應用DRM廣播，必須有足夠的時延帶寬，信道群時延特性也會關系到不同子載波的相位，如果群時延特性不符合標準，將導致信號接收困難。

為了實現模擬發(fā)射機的DRM數字化改造，必須重點解決以下3個問題。

第一，合理控制音頻支路和相位支路的信號時延。對傳統(tǒng)模擬調幅發(fā)射機進行技術改造，必須保證發(fā)射機音頻支路和相位支路可靠接收到數字基帶信號，而數字基帶信號主要由信道編碼調制器發(fā)出，音頻支路和相位支路輸出包絡信息和相位信息。不同的信息處理中需要應用不同的方法和步驟，不同的信息到達發(fā)射機混頻管時會產生一定的延時誤差，DRM廣播信號的傳輸和發(fā)射將會受到延時誤差的影響。

第二，優(yōu)化數字射頻激勵調制器的應用。以傳統(tǒng)模擬調幅發(fā)射機為基礎，實現DRM信號發(fā)射系統(tǒng)的數字化改進，必須將發(fā)射器的實際工作頻率與信號編碼調制器進行聯系，也就是說需要應用DRM數字射頻激勵調制器替換傳統(tǒng)技術中的載波發(fā)生器。

第三，正確處理音頻支路的數字信號。傳統(tǒng)的模擬調幅信號發(fā)射機在處理音頻信號的過程中主要應用電子模擬技術。現今DSP數字信號處理技術在不斷發(fā)展的過程中，數字化改造難題依然有待解決，傳輸信號無法滿足DRM標準的技術指標[2]。

3 傳統(tǒng)發(fā)射機改造分析

數字信號為DRM基帶信號的主要組成部分，信號發(fā)生過程中應用幅相調制方法，將信號通過天線發(fā)射出去，在應用的過程中必須要實現變頻，實現模擬載波信號的幅相調制。由于發(fā)射器本體的差異，DRM基帶信號向射頻域型號的轉變過程也會存在較大差異。

DAM（數字調幅）、PSM（脈沖階梯調制）和PDM（脈寬調制）等傳統(tǒng)的模擬發(fā)射機屬于非線性發(fā)射機，為了實現DRM數字化改造，必須在原有發(fā)射機平臺的基礎上加裝數字頻率合成器和編碼調制器。傳統(tǒng)模擬發(fā)射機在DRM數字化改造的過程中，必須要有足夠的音頻帶寬，進一步拓寬音頻信號的輸入帶寬，重點對音頻通道中的濾波器進行改造。PSM發(fā)射機和固態(tài)PDM發(fā)射機在改造的過程中，需要不斷擴寬低通濾波器帶寬。

針對M2W中波發(fā)射機而言，其結構表現為非線性，但是在應用的過程中可以實現線性發(fā)射機的功能。發(fā)射機本身可以提取包絡分量，同時也可以實現幅相調制。另外，發(fā)射機可以應用較高的數字信號合成和處理方法，最終實現數字化改造。由于M2W發(fā)射機在信號處理和變換的過程中主要應用數字方式，很大程度上提高了信號的變換精度，也不需要在變換過程中進行調幅，只需要將信號接入到DRM信號編碼器和調制器上即可，最終實現DRM廣播。由于M2W中波發(fā)射機在本身的數字域內對信號進行處理，不同的載波周期結束后，對調制參數進行精確計算，將計算結果存儲在寄存器中，在下一個載波周期來臨時對應一個輸出端，將發(fā)射機信號轉換為射頻信號，調制通道中的幅相也不會出現明顯的時延誤差，也就是說M2W中波發(fā)射機進行數字化改造的過程中不需要控制時延誤差。

技術應用過程中，DRM基帶信號一般選取COFDM作為調制方式，將峰值功率與平均功率的比值作為峰值系數，該系數一般取為9 dB，因此對發(fā)射機的輸出能力提出了較高的要求。

針對一臺模擬調幅發(fā)射機而言，將機器的額定載波功率設為Pc，將正峰最大調制度設為Mmax，將發(fā)射機的瞬時峰值設為Pmax，則Pmax=（1+Mmax）2Pc。

如果此時發(fā)射機輸出可靠的DRM信號，必須結合實際將輸出的最大平均功率降低為9 dB，也即Pmax的12.5%。

此時輸出功率PDRM=0.125Pmax=0.125（1+Mmax）2Pc。

如果設備的額定載波功率為10 kW，最大正峰調制度為原有基礎的140%，此時發(fā)射機能夠輸出的最大平均功率為：

PDRM=0.125（1+Mmax）2Pc-0.125×（1+1.4）2×10=7.2 kW

結合以上理論分析，可以得出發(fā)射機最大理論輸出，由于發(fā)射機自身具有明顯非線性特征，所以設備實際發(fā)射能力比理論值低。在實際研究中，一般應用DRM最大平均功率對DRM發(fā)射機性能進行評價，如果設備的額定載波功率為10 kW，設備進入到DRM模式后，為了保證調制誤差率在-35 dB以下，平均輸出功率在6.5～7 kW，具有較高的應用價值。

值得注意的是，發(fā)射機本身的非線性特征導致不同的子載波之間出現互調分量，解碼接收時也會面臨困難。發(fā)射機幅相調制通道內的時延誤差直接決定著發(fā)射機是否滿足數字化改造的條件，必須使時延誤差控制在一定范圍內，目前主要應用手動控制方法和自適應控制方法[3]。

4 天線系統(tǒng)改造

DRM信號不同載波之間的相位變化直接受到天線系統(tǒng)帶寬的影響，不同子載波在衰減的過程中可能與相鄰的發(fā)射機設備之間產生聯系，隨即出現帶外功率的問題，為了降低帶外發(fā)射功率，一般提高天線帶寬的平坦響應度，如果天線的帶寬和DRM信號的帶寬相同，發(fā)射機在測試天線和測試負載中得出的射頻頻譜存在較大的差異，因此在設置校正參數的過程中，必須重點考慮天線固有特性的影響。

中波天線的形式較多，天線的配置與覆蓋區(qū)域和傳播方法有著密切的關系。中波天線可以在工作頻率上進行調整，實現向純電阻的轉換，在工作頻率不同的位置，增加虛部后發(fā)射機表現出復數阻抗。在DRM技術中，中心頻率的不同位置阻抗虛部發(fā)生正負改變，中心頻率兩側的變化率一致，在中心頻率的上下分別表現為電感性和電容性，也就是說天線的阻抗特性表現出明顯的對稱特性。

在應用過程中，天線的覆蓋半徑與天線的敷設效率有著直接的關系，駐波比特點對天線的帶寬進行描述，在開路試驗中發(fā)現，如果選用9 kHz的帶寬，中心頻率附近±10 kHz的駐波比在1.2以下，±15 kHz的駐波比在1.4以下；如果選擇20 kHz帶寬的DRM模式，為了取得良好的覆蓋效果，對天線本身的特性要求較高。

5 結語

分析了數字中波發(fā)射系統(tǒng)概況，提出了技術應用的難點，為了實現中波廣播發(fā)射機的數字化改造，需要在現有設備的基礎上增加相應的編碼調制器，天線系統(tǒng)也需要進行相應的改造。

參考文獻

[1] 崔天夕.中波廣播發(fā)射系統(tǒng)DRM改造理論淺析[J].電子世界，2014（2）：10.

[2] 李立瑛.DRM數字中波廣播的試驗[D].中山大學，2007.

[3] 欒立峰.中波發(fā)射機DRM改造的延時系統(tǒng)設計[J].中國新技術新產品，2015，26（12）：131.