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谈谈数字音频广播

佚名| 数字音频广播,信源编码,信道编码| 2010-12-14
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【中心议题】

  •        *数字音频广播标准
  •        *数字音频广播关键技术

【解决方案】

  •        *采用信源编码技术
  •        *信道编码与调制技术

一、 引言

数字音频广播阶段 (DAB}与传统的AM/FM广播体系相比,具有节省频谱资源、发射功率低、信息最大、音质极佳等优点它的出现是广播技术发展史上的一场革命。数字广播具有抗噪声、抗干扰、抗电波传播衰落、适合高速移动接收等优点.它提供CD级的立体音质.信号几乎零失真。同时,DAB在一定范围内不受多重路径干扰影响.可以保证高质量的固定、携带及移动接收。除了音频节目.还可以提供数字多媒体广播和数据服务。使用DAB具有节约频谱资源.提供优质多媒体广播服务.实现高速移动接收等优点。

二、DAB的标准和关键技术

1、国际上现有的日、日标准

(l)欧洲的Eureka147DAB制式。19889月欧共体在世界无线电行政大会上首次进行了Eureka-147DAB的试验.音质可达CD水平。Eureka147DAB制式已于1995年标准化.它是一种典型的DAB系统除了欧洲夕卜在世界上其他国家和地区也有相当程度的发展,例如加拿大、新加坡、澳大利亚等我国目前测试的DAB试播均采用Eureka147系统。

(2)美国的带内同频(IBOC)DAB制式。优点是只需在现有AMFM发射设备的基础上,增加少量设备和投资就可以实现数字音频信号与原有的模拟广播信号用同一频道发射。一方面保留了原有的模拟系统.另一方面也不需要为DAB业务准备新的频率规划,达到了频率复用的目的.节省了频谱资源。此外美国的DAB系统接收机结构简单、价格便宜。

(3)日本的单套节目DAB方案。它是在地面数字电视DTV的基础上发展起来的.该方案最大的意义在于.可根据广播信息的容量灵活确定系统带宽.占用频带较窄,节省频带资源。

 

2DAB关键技术

1)信源编码技术

DAB所用的声音源编码方式为子带编码压缩系统MUSICAM其编码器原理框图如图1所示。MLISICAM的编码器原理框图的编码原理是:将宽带的声音PCM信号的频谱分割成等宽的

图一MUSICAM编码器原理框图

 

32个子频带.PcM时域信号转换成频率声音信号,再对各子频带的音频取样值分别进行数据率降低的编码,利用人耳听觉的心理声学现象,根据FFT计算得出结果.为一个动态的比特率在经过线性量化后与辅助信息附加数据一起构成MUSICAM数据帧传输出去。

MUSICAM可以很好利用人耳的频率掩蔽效应、日寸间掩蔽效应和对声音的定位特性。频率掩蔽效应是当频率接近、强度明显区别的两个信号同时出现时.人耳只能感觉强度高的信号而强度弱的信号将被屏蔽时间掩蔽效应是当一个强度比较低的信号出现在强度比其强的信号之前或者之后的一个时间区间内时,弱信号将被掩蔽,由于被掩蔽的信号不需要传送,从而增加了误码率:人耳对声源定位时,对低频信号不敏感.对高频信号的方向性主要是潭过对包络的感觉来判断这些特性被用于降低立体声编码的码率。只对在掩蔽门限以上的声音信号进行编码传输从而避免了对许多人耳感觉不到的在掩蔽门限以下的声音进行编码,使比特率大为减少,仅为CDIn左右,而音质可与CD相仿。该系统中的音频编码器利用一组适当的多相滤波器,把数字音频信号分割为犯个子频段信号,每段75Hz形成2400Hz声音信号带宽,然后以选定的足够的量化精度在各子频段合成,并按子频段结构恢复成原来带宽的时间域信号。合成,并按子频段结构恢复成原来带宽的时间域信号。

(2)信道编码与调制技术

通过电磁波来传播信号的无线通信信道的传播特性比电缆、光纤等有线通信的要不稳定得多,特别是在城市复杂环境和移动接收情况时由于多径效率产生的频率选择性衰落和延时扩展.以及建筑物遮挡形成的阴影效应,严重影响了接收质量。为了保证广播质量必须提高在城市恶劣环境中信号接收质量数字音频广播中的信道编码和调制技术主要就是为了解决这方面的问题。

 

信道编码技术是一种抗回波传输的信道编码技术,这种编码方法是将传输信道看成选择性瑞利信道频响。在误码的比特与传输信道最佳匹配时,提供大于20dB增益这种方法的特点是使源编码的比特与传输信道有最佳匹配有足够的误码保护.在多径反射时提供极好的服务,特别是在移动和便携状态下,接收具有高的频谱效率并能适应低的发射功率。编码正文频分复用(COFDM)是目前世界最先进和最具发展潜力的调制技术之一,它的基本原理就是将高速数据流通过串并转换,分配到传输速率较低的若干子信道中进行传输。COFDM技术的推出其实是为了提高载波的频谱利用率或者是为了改进对多载波的调制它的特点是各子载波相互正交.使扩频调制后的频谱可以相互重叠从而减小了子载波间的相互干扰。COFDM

个载波所使用的调制方法可以不同。各个载波能够根据信道状况的不同选择不同的调制方式比如BPsK.QPsK SPSK16QAM,翻QAM等等,以频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则。COFDM技术使用了自适应调制根据信道条件的好坏来选择不同的调制方式。COFDM还采用了功率控制和自适应调制相协调的工作方式,信道好的时候.发射功率不变,可以增强调制方式(64QAM)或者在低调制方式(QPSK)时降低发射功率。

2COFDM基带传输系统的原理图上半部分是发射链路下半部分是接收链路。在发射端基带数据比特经过前向纠错编码器(FEC)进行信道编码,再对编码比特进行交织.然后再调制成数据符号插入导频数据符号,经过频域子信道分配后进行串并转换再进行IFFT运算,接着进行并串变换并添加保护间隔,对时域信号进行加窗处理,最后经过D/A转换.上变频送入天线发射出去。在接收端,接收信号先进行相应的下变频A/D转换然后去保护间隔.接着进行串并变换,经过FFT处理再经过并串变换.提取出导频后再对信号进行相应的解调制映射信道解码恢复出发射数据。

图二COFDM基带传输系统框图

 

(3) 引网络覆盖规划

就目前而言要为新的广播系统申请新的频率几乎是不可能的,所以广播电台只能在已有的频谱范围内调整其实.FM广播所使用的频段就是地面数字声音广播的理想频段。如果频率过低会增加超视距传输问题:

频率过高时接收台的移动所引起的多普勒效应则会增加字符差错问题。考虑到DAB最终将替代FMSW也可以代替AM所以可以在FM的频段内挤出部分频谱加以利用,比如可以考虑以最小带宽7MHz在已属广播的频段内开始进行DAB试播。

三、DAB发展前景与存在问题

与传统的AMFM广播相比.DAB有许多优点:DAB可以工作在3OMHz3GHz的频率范围内有较强的抗多径衰落能力:DAB系统可以利用地面、电缆和卫星等设备进行覆盖,很适合于固定、便携和移动接收:DAB工作于不同的频段,单频网同步进行节约了频谱资源而且同步网中不需要大功率发射机;DAB不仅能用于传统的音频信号广播.还可以同时传送多套声音节目和数据业务,甚至可以用来传送视频节目.是一种多媒体广播。

DAB最大的问题就是成本问题。处于初级阶段的DAB接收机的成本太高导致价格过高.用户数量必然受限,这极大地制约了DAB的发展速度。用于改造原有广播系统也需要大量的财力,所以在我国只是在香港.台湾.京津地区和珠三角等一些经济较发达地区进行了DAB网的建立。要完成从现有的广播到下一代广播的转换,只能根据我国实际情况选择DAB播出制式、频率、援盖场强和网络规划及干扰保护,制定出我国DAB广播的发展蓝图,

做好整体规划工作吸收欧美等发达国家的先进技术和经验.开发出适用于我国的数字音频广播技术。.

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