4数字音频广播技术

广播科学研究院数字音频广播技术的研究与试验广播科学研究院高鹏[e-mail]广播科学研究院主要内容数字音频广播技术概述调频频段数字音频广播系统技术特点调频频段数字音频广播系统试验广播科学研究院广播数字化的需求和动力广播科学研究院广播数字化的需求和动力广播数字化进程已经远远落后于通信、电视现有声音广播的形式、质量、数量已经难以满足听众日益增长的需求频谱资源越来越紧张，无线传输环境越来越恶劣，声音质量难以保证业务形式面临互联网、移动互联网的冲击覆盖范围受限，难以实现大范围无缝覆盖产业界也需要寻找新的增长点广播科学研究院广播数字化的意义数字化已经成为世界广播电视发展的必然趋势数字信号便于处理、存储、交换数字技术的引用可以有效改善音频广播的声音质量数字技术的引用可以提高频谱利用效率，引入新的业务形式有效降低发射机功率，减少电磁污染广播科学研究院广播的未来一个频道可以传输多套节目提供的服务将不仅仅限于声音图片、文字、视频、环绕声…..多种多样的接收机形式广播科学研究院当前数字声音广播的各种形式广播数字化的技术基础是数字音频广播技术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地面广播III波段/L波段：Eureka147DAB调幅波段：DRM/HDRadio调频波段：HDRadio/DRM+等等卫星广播DSR/ADR/WorldSpace/XMSiriusSatelliteRadio互联网广播各种形式电视广播中的声音广播广播科学研究院Eureka147DAB的特点使用III波段或L波段，带宽1.5MHz声音质量可达CD水平具有极强的抗多径传播引起的衰落能力可利用地面、电缆和卫星进行覆盖，适合于固定、便携和移动接收支持单频网(SFN)组网，节约频谱资源可以实现多种多样的数据业务，包括实时视频业务（DMB）广播科学研究院Eureka147DAB系统优势系统传输能力强，支持多种多样的数据和多媒体业务DAB信号传输鲁棒性较强，移动接收性能较好产业化基础比较成熟DAB系统所涉及的专利已经或即将到期劣势需要占用III/L波段频率资源完全数字化系统，没有数模同播机制广播科学研究院HDRadio系统简介HDRadio系统美国iBiquity公司针对FM广播和AM中波广播数字化改造而开发的一种带内同播（InBandOnChannel，IBOC）数字音频广播系统。目前HDRadio系统已经在美国境内试播的发射台超过2200多座。“HD”的涵义不是“高清”（HighDefinition），也不是“混合（HybridDigital）”。“HDRadio”是iBiquity公司为这种特殊的IBOC数字广播系统注册的商标，并不代表任何其他的涵义。广播科学研究院HDRadio的特点带内同播（IBOC）在模拟调频广播两边增加数字信号，可选多种工作模式，不改变现有频率规划模数切换（Blending）如果数字广播信号的误码率在接收门限以上，则输出高质量的数字音频信号，否则输出模拟广播节目以保证用户收听效果的连续性FM广播可以达到接近CD音质，AM广播的音质可以达到接近现有模拟FM立体声音质可以有效地消除多径、多普勒频移以及突发噪声等其他干扰对接收质量的影响，提供数据业务支持能力广播科学研究院FMHDRadio混合模式广播科学研究院HDRadio系统小结优势在不改变用户调谐习惯的前提下数模同播一定程度上消除了数字广播系统的“峭壁效应”有一个明确可操作的授权模式，具备产业化推广的基础劣势中波调幅HDRadio的频道带宽设置与我国频率设置（9KHz）不同，为10KHzBlending需将模拟广播节目进行延时播出（约7-8秒）目前HDRadio系统尚未实现单频网组网功能部分技术属于私有技术，专利授权模式比较特殊广播科学研究院数字调幅广播（DRM）简介DRM组织1998年在广州成立，目标是开发数字长、中、短波广播的世界范围的标准2001年向ITU提交了30MHz以下数字调幅广播正式的建议书（ITU-RBS.1514）获得通过2001年10月成为ETSI标准，并在2002年1月30日经IEC通过（IEC62272-1）2004年开始DRM组织将DRM扩展到30MHz至120MHz频率范围的研究，即为DRM+2009年8月ETSI正式发布包含DRM+的DRM标准广播科学研究院数字调幅广播（DRM）的特点使用短波/中波调幅频段（DRM30）、调频频段甚至III波段的下半段（DRM+）调幅频段（DRM30）可以达到立体声调频质量，调频频段（DRM+）可以达到CD音质具有很强的抗多径传播引起的衰落能力支持单频网(SFN)组网，节约频谱资源可以实现低数据率的数据业务，甚至视频片段传输广播科学研究院DRM系统小结优势能有效提高调幅/调频频段音频业务质量能够实现长距离可靠传输能够组建单频网，实现大面积覆盖能有效提高频谱利用效率，支持数据业务劣势信源编码算法专利费较高接收机市场一直未打开，价格居高不下广播科学研究院我国调频频段数字音频广播系统多年来对国外多种技术方案进行了深入研究，积累了丰富的、宝贵的经验天时、地利、人和万事俱备国家鼓励自主创新，CMMB、地面数字电视等研究及产业化积累了宝贵的成功经验国内运营商对频谱资源的需求越来越迫切，产业界的热情高涨国内在音频信源编码方面取得了突破广播科学研究院CDR项目基本情况从2007年底开始，广播科学研究院利用财政部基本科研业务费支持，开展了自主知识产权的调频数字音频广播系统研究广播科学研究院牵头，承担总局2011年科研项目《数字音频广播传输关键技术和系统研发及试验（一期）》，中国国际广播电台牵头研究业务形式和复用技术广播科学研究院牵头，中国国际广播电台、中央人民广播电台等十余家单位参与，成功申报了2012-2014年度国家科技支撑计划课题《数字音频广播关键技术研究和应用示范》广播科学研究院项目组织和任务分工总体技术方案研究与标准建议草案的起草广科院牵头，泰美公司参与算法平台搭建，系统性能仿真验证广科院与泰美公司共同完成调制器/发射机样机开发广科院牵头制定样机实现方案，完成软件参考实现委托凯腾四方、北广科技等进行硬件实现接收机样机开发泰美公司负责，广科院参与广播科学研究院项目组织和任务分工（续）样机实现验证广科院提供模块化对比验证手段，负责三方验证系统联调与测试环境搭建广科院负责，相关单位配合发射机改造与场地实验准备广科院、北京台、江苏台共同制定方案发射机厂家负责实现接收芯片设计方案泰美公司负责泰合志恒、国芯、海尔集成电路等广播科学研究院中国数字音频广播系统的主要特点针对调频和中波调幅优化的系统传输方案灵活的频谱配置结构采用更高效的信道编码算法（LDPC）支持逐步演进的系统架构集成自主知识产权的信源编码算法（DRA）广播科学研究院FMHDRadio系统的频谱模式在距中心频率130（100）-200KHz的频率范围内，增加数字调制的音频业务，数字和模拟广播信号功率比可调，支持全数字播出方式AnalogHostSignal(StereoorMono)0HzAdditionalReferenceSubcarrierAdditionalReferenceSubcarrierPrimaryPrimaryUpperDigitalSidebandExtendedLowerDigitalSidebandMainMain10partitions10partitionsExtended1,2,or4partitions1,2,or4partitions(#0)191Subcarriers76Subcarriers广播科学研究院FMHDRadio系统的频谱模式在距中心频率130（100）-200KHz的频率范围内，增加数字调制的音频业务，数字和模拟广播信号功率比可调，支持全数字播出方式0HzAdditionalReferenceSubcarrierAdditionalReferenceSubcarrierAdditionalReferenceSubcarrierMainExtendedExtendedMainPrimarySecondaryPrimarySecondaryUpperDigitalSidebandLowerDigitalSidebandExtendedExtended10partitions10partitionsMainMain4partitions4partitions10partitions4partitions10partitions4partitionsAdditionalReferenceSubcarrier12carriersProtected12carriersProtected(#0)191subcarriers76subcarriers191subcarriers76subcarriers广播科学研究院DRM+系统的频谱模式全数字播出方式，带宽固定为100KHz，距相邻模拟调频中心频率一定距离（∆f）数字和模拟广播信号功率比可调（∆P）广播科学研究院我国调频频段系统的频谱模式100KHz基础，最大可扩展至800KHz，中心频率以100KHz步进，可以实现多子带捆绑和数模同播0-400-50-300-200-10050100200300400kHz0-400-50-300-200-10050100200300400kHz广播科学研究院广播科学研究院FMCDR系统发射端结构图射频发射系统信息业务描述信息扰码LDPC编码星座映射子载波交织OFDM调制逻辑帧成帧基带到射频的转换扰码卷积码比特交织星座映射卷积码比特交织星座映射离散导频信标业务数据子帧分配物理层信号帧广播科学研究院FMCDR系统有效数据传输容量可根据情况选用QPSK、16QAM、64QAM调制，信道编码码率可选择1/4、1/3、1/2或3/4，则不同传输模式下系统传输容量如下（100KHz内）：广播科学研究院FMCDR的信道编码方案设计系统信息信道和业务描述信息信道使用卷积编码约束长度为7，编码率为1/4主业务信息信道使用准循环结构LDPC编码码长：9216比特准循环结构：256*256编码码率1/4、1/3、1/2和3/4广播科学研究院FMCDRLDPC码性能仿真曲线广播科学研究院系统性能仿真结果广播科学研究院逐步演进的系统架构--分层调制技术100011011101广播科学研究院逐步演进的系统架构--分层调制技术（续）高优先级数据流LDPC编码块比特交织符号交织扰码星座映射低优先级数据流LDPC编码块比特交织扰码广播科学研究院音频信源编码算法音频编码采用DRA低码率扩展版本（DRA+）GB/T22726-2008《多声道数字音频编解码技术规范》（简称DRA）DRA+是以DRA为核心，并利用带宽扩展和参数立体声增强工具而实现的低码率音频源编码技术广播科学研究院音频信源编码算法码率声道数质量说明24kbps(DRA+)立体声略低于FM质量32kbps(DRA+)立体声与FM相当48kbps(DRA+)立体声高于FM质量64kbps(DRA+)立体声与128kbpsmp3相当96kbps(DRA)立体声接近CD质量128kbps(DRA)立体声CD质量96kbps(DRA+)环绕声优于伪环绕声128kbps(DRA+)环绕声优于伪环绕声256kbps(DRA)环绕声接近典型环绕声广播科学研究院调频数字音频广播发射机原理框图自适应校正激励器1基带信号预失真器f(n)DAC射频通道x(n)高线性功放预失真训练器ADC下变频y(n)切换器自适应校正激励器2智能监控单元开关电源风机缺相保护器避雷器广播科学研究院调频数字音频广播激励器广播科学研