数字AM·FM与数字卫星声音 广播技术.ppt
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1、DAB与DRM李 栋(北京广播学院教授)2004年3月26. 香港,1、模拟广播向数字广播过渡是科技发展的必然趋势,现今模拟FM广播和模拟AM广播技术,在世界范围内迟早都要向数字声音广播技术转换,是科技发展的必然趋势。其原因,一是数字声音广播无论是对广大听众还是对广播机构自身,都会带来极大的利益;二是由模拟向数字过渡的最大障碍由于数据率压缩技术的进步已经排除。,对广播听众来说,数字声音广播可以消除模拟广播中经常出现的干扰和衰落带来的影响,得到高的声音信号质量,最高可达到CD质量水平。同时,数字声音广播是多媒体,除了带给听众丰富多彩的声音广播节目外,还有五彩缤纷的数据业务,充分满足广大听众的不同
2、需要。,对广播机构来说带来的效益可能比带给听众的还要大: 节约发射功率 节约频谱,如果现今的模拟FM广播覆盖用数字音频广播(DAB)替代,发射功率可降低为原来的1/30,而频谱利用率起码可为FM广播的3倍(节约的频谱可以用来开办新的节目)。,如果现今的模拟中、短波调幅广播覆盖用数字AM替代,发射功率可降低为原来的1/4。发射功率的降低,能源的节约带来的广播运行费用的降低是可观的,同时随着发射台发射功率的降低,电磁污染随之降低,环境保护得到改善。,由模拟向数字过渡,需要相应的发射设备和接收设备,必然带动新的产业,给产业界会带来极大的经济效益。,鉴于以上情况,广播机构应充分认识数字化带来的好处,应
3、该有一个明确的实施战略,积极创造条件,加速推进声音广播数字化的进程。,2、地面数字声音广播覆盖的主要形式DAB与数字AM,在世界范围,为了实现声音广播的数字化,研究、开发和试验已经走过了15年多的历程。首先是开发出了模拟FM广播的最好替代技术,就是欧洲的尤里卡-147 DAB(Digital Audio Broadcasting-数字音频广播)。它是全世界公认的、迄今为止最好的数字数字广播技术,已经在欧洲和其它一些国家得到一定程度的发展与应用。在全世界25个国家的范围内,数字音频广播的听众已经达到3亿。,据WorldDAB项目办公室2002年7月的资料,人口覆盖率:新加坡100%,比利时98%
4、,台湾地区90%,英国80%, 葡萄牙70%, 德国65%,芬兰62%, 西班牙50%, 瑞典40%,加拿大35%,丹麦30%, 意大利30%,法国26%, 奥地利19%, 南非18%,澳大利亚15%,捷克12%, 荷兰10%。,DAB不仅仅是FM广播的替代者,它是全新的数字多媒体广播系统。,中、短波调幅广播数字化的开发也有大约10年的历史。与DAB不同的是,中、短波广播是远距离、覆盖范围广的广播,尤其是短波广播,全世界必须采用统一的制式与技术规范。要兼顾考虑的问题比DAB要复杂的多。,到1998年为止,在全世界范围内曾经提出了五种制式,有的已经过了充分的试验,达到了实用的程度。在“必须采用统
5、一的制式”的共识下,1998年3月在我国广州成立了数字AM广播的国际性组织DRM(Digital Radio Mondiale),承担统一制式、制定标准的任务。 经过几年的努力和多次大规模严厉的开路实验,DRM技术也已经成熟。,除了DRM建议外,还有另一个来自美国的关于中波广播的建议。这个建议由“美国数字广播”(USADR)开发,后来USADR与Lucent Technologie公司联合形成iBiquity之后,递交的建议基于30KHz的带宽。理论上也可以允许两种系统,但是,只有DRM满足ITU对长中短波的所有要求,并因此而取代30MHz以下的模拟广播系统。,ITU成员国的大多数建议将来全世
6、界范围在长中短波波段应用DRM系统。从2003年的世界无线电行政大会开始,进行首次的正规发射。目前在世界范围内已有60多个广播机构进行DRM广播。,为了使DRM系统可以在尽可能宽的范围内全球实施,在三种不同的途径上推动标准化工作的进展:a)、DRM与IEC一起制订工业标准 为了开发和制造设备,发射机与接收机制造商需要一个工业标准。IEC为DRM专门成立了两个技术委员会。,b)、在ITU-R和IEC的标准化30MHz以下广播新的数字标准首次由两个组织共同来完成,以确保全世界能够接受。,c)、在ETSI的标准化DRM-ETSI标准已经提供使用,这样,在工业界进行设备与电路组件的开发时就不存在障碍。
7、以后ETSI标准将成为世界级的,以便很容易迁移到其他标准化市场中。,关于发射机、接收机与相应测试设备的标准化,在IEC的两个工作组中进行。该项工作在2002年结束。目前IEC公开发表的是DRM规范PAS62272-1。,DRM系统在欧洲电信研究所(ETSI)的标准化已经结束,并且可以免费提供使用。ETSI在2001年9月发布了名称为 “ ETSI TS 101 980 V1.1 (2001-09) Digital Radio Mondiale(DRM);系统规范”的标准。,顺便指出,以前没有过的是公共的DRM标准不仅由ITU发布,也由IEC发布。在2000年在伊斯坦布尔举行的世界无线电大会期间
8、,在两个组织的一个决议中确定了这样的处理方式,并且要首次考虑在DRM标准化中实施。,数字AM广播保留了模拟AM广播的优点(服务范围大,固定、便携和移动接受都有相同的质量),克服了模拟AM广播的缺点(传输质量差)。在保持与模拟AM广播相同的带宽(9KHz或10KHz)的情况下,可达到FM单声道广播的质量。因此,现在人们称数字AM广播是调幅广播的覆盖范围、调频广播的质量的数字声音广播。,DAB与数字AM二者之间有什么关系,是竞争还是互补?各自的技术特征是什么?以下将就它们的工作频段、覆盖方式与范围、带宽、传输能力(数据率)与频谱利用率、信源编码方法、信道编码方法、调制方法、移动接收能力、同步网运行
9、能力、由模拟向数字过渡的问题等方面进行分析和比较。,3、DAB与数字AM的比较,3、1 工作频段 粗略地分,DAB是30MHz以上的广播,数字AM是30MHz以下的广播。它们使用不同频段的频率资源,发展与应用没有任何冲突。,具体来说,DAB的工作频率范围是47MHz-3GHz,地面广播最佳的工作频段是现今已被FM广播占用的87-108 MHz频段。等到DAB发展到一定的程度,模拟FM广播退役以后,目前地面大多数DAB电台都要搬迁到87-108 MHz的频段工作(现在生产的DAB接收机已经具备了接收该频段DAB信号的能力)。,现今的DAB的工作频率分为四个频段,即VHF(375MHz以下)、UH
10、F(750MHz以下)、1.5GHz和3GHz,前两者用于地面较大范围的覆盖,1.5GHz用于地面小范围的覆盖以及地面与卫星的混合覆盖,3GHz主要用于通过卫星的DAB覆盖。,数字AM的工作频段与现今的模拟AM长、中、短波广播完全相同。,传输模式3、2 欧洲在开发DAB时,提出过下列要求:(1)可工作在30MHz-3GHz的频率范围;(2)在行车速度直到约200Km/h可移动接收;(3)能强有力对抗多径接收产生的衰落,特别在同步网中。,由于物理条件的限制,用一个唯一的传输模式去覆盖宽的频率范围,并满足其它要求,实际上是不可能的。因此,DAB规定了工作于不同频段的四种传输模式。,传输模式(或称工
11、作模式、运行模式)实际上就是在不同的频段,有相应的一套参数。在DAB中,不同的频段有不同的符号长度。随着工作频率的提高符号持续期减小、载波数量减少、载波间隔增大。不管何种模式,射频带宽保持不变,传输主业务的能力(数据率)不变。,DRM系统工作于30MHz以下的长、中、短波段,为了满足不同的运行条件,可以选用不同的传输模式。每一种传输模式用信号带宽相关参数和传输效率相关参数定义。信号带宽相关参数定义了频率带宽的总量和一种传输模式所用的结构,效率相关参数允许在容量(可用比特率)与抗噪声、多径干扰和多普勒效应之间进行折衷。,信号带宽相关参数: 30MHz以下的广播目前信道宽度为9kHz和10kHz,
12、DRM系统设计用于为满足当前的频道配置,工作于这些规定的带宽。为与模拟AM信号共同广播,工作于这些带宽的一半(4.5kHz或5kHz)。当频率规划的限制允许时,工作于这些带宽的两倍(18 kHz或20 kHz),以提供更大的传输容量。,传输效率相关参数: 对于任意信号带宽参数,为了能够在容量(有用比特)和抗噪声性能,多径和多普勒效应之间进行均衡,都定义了有两种类型的传输效率相关的参数:编码率和星座图参数,定义传输数据时使用哪种编码率和星座图。OFDM符号参数,作为传播环境(条件)的函数,定义OFDM符号结构。,(1)、编码率和星座图为对每种业务或者一种业务的某些部分进行期望的保护,系统提供了一
13、系列选项,以便在某一时间提供一种或两种级别的保护。根据业务的需要,这些保护的级别由信道编码的编码率(如0.6)、星座图(如4QAM,16QAM,64QAM)或分级调制来决定。,(2)、 OFDM参数组 OFDM参数组中的每一套参数用于不同的传播衰减条件,以保证信号有不同的强壮性。对于给定的带宽,不同的强壮模式用于不同的数据率,有四种典型的强壮模式,四种典型强壮模式,强壮模式 典型传播条件A 有弱衰落的高斯信道B 有长时延弥散的时间选择性与频率选择性信道C 与模式B相同,但有大的多谱勒弥散D 与模式B相同,但有严重的时延和多谱勒弥散,3、3覆盖方式与范围 DAB的覆盖有三种方式: 地面(无线,T
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