数字调幅广播系统中的信道编码和调制技术研究

侯玉芬

摘要：在广播事业中模拟广播扮演着重要的角色，但目前，其发展困难重重，为了推动广播事业的健康与稳定发展，先进技术的研究与应用得到了高度的关注，如：信息技术、数字技术、网络技术与通信技术等。为了适应时代发展的需要，本文介绍了数字调幅广播的概况，分析了低密度奇偶校驗码（Low-density parity-check，LDPC）与正交频分复用调制（Orthogonal frequency division modulation，OFDM）技术，重点阐述了速率兼容的LDPC码及基于LDPC码的多层编码调制系统，旨在满足数字调幅广播系统的发展需要，使其服务质量不断提高。

关键词：数字调幅广播系统；信道编码；调制技术

中图分类号：TU746 文献标识码：A 文章编号1672-3791（2016）01（a）-0000-00

随着科学技术水平的提高，在计算技术、数字技术、网络技术及通信技术支持下，传统模拟广播的发展受到了严重的挑战，其缺点也日渐显现，如：较差的传输质量、单一的业务及较强的干扰性等，为了适应社会发展的需要，数字广播随之出现。数字化与信息化时代，数字系统的应用范围不断扩展，为了不断提高广播的数字化与现代化水平，本文重点研究了数字调幅广播系统中的信道编码与调制技术，旨在为其发展奠定坚实的基础。

1 数字调幅广播的概况

1.1 数字广播

自广播领域应用数字技术后，随之出现了数字音频广播，它作为新的广播系统，采用了1.536MHz频道带宽与OFDM+DQPSK调制技术，同时每个子信道利用差分调制，以此避免了信道估计问题的出现。数字音频广播具有良好的抵抗能力，同时其服务质量也有所提高，但它也存在不足，主要表现为需要新的频点与发射设备，同时其接收机也具有一定的特殊性，因此，制约了其进一步推广。此后，30MHz以下频段中短波AM广播得到了人们的广泛关注，为了使其实现数字化，各国均对其展开了研究。目前，此频段主要为模拟广播，其最为突出的问题便是干扰，但该频段下的调幅广播优势明显，如：较广的电波覆盖范围、较远的传输距离、雄厚的听众基础、低廉的接收机等，因此，其中波与短波广播吸引了各个广播公司[1]。

通过对调幅广播的研究可知，其缺点主要表现在以下几方面：一是较低的传输质量，在实际传输过程中极易受到干扰，如：中波受电波衰落的影响，短波受同频与邻频的干扰，同时也受电离层的影响；二是单一的业务，对于一部发射机而言，其利用一个载波频率，仅能够传送一套广播节目，未能满足多媒体广播的发展需要；三是，较小的频带宽，各传输带宽均不足4.5kHz。

1.2 数字调幅广播

在广播事业发展过程中，传统模拟广播缺点日渐明显，为了推动广播的发展，数字调幅广播吸引了众人的目光，通常情况下，其发展目标为：其一，良好的音频质量，数字广播借助95kHz宽带，使音质达到甚至超过FM广播广播水平；其二，较高的可靠性，在数字广播与模拟广播同播基础上，进一步提高系统抗干扰能力；其三，丰富的数据信息，数字广播应对多媒体数据进行传输，如：图像、文字与动画等；其四，偏低的改造成本，在对模拟广播进行改造时，应控制其成本，并且要求数字广播的接收机应具有经济性与便携性[2]。

同时，我国中短波广播的数字化发展具有积极的意义，在制造商方面，将模拟广播改造为数字广播，其覆盖范围将进一步扩大，作为廉价的传媒，通过更新换代后，将拥有更为广阔的市场空间。同时，广播过渡发展时期，既有的中短波收音机需要配置数字广播接收附件，以此促进了相关产业的发展。在国家方面，模拟广播实现数字化与产业化发展后，适应了我国广播行业发展的需求，同时也为自然灾害及重大事件等报道提供了便捷、高速及动态的媒介。

2 数字调幅广播系统中的信道编码与调制技术

在数字调幅广播发展过程中，最为关键的技术便是数字技术，在信号发射、接收、传输等过程中需要不同的技术，主要包括数字压缩技术、信道编码技术与调制解调技术[3]。本文主要对后两种技术进行了介绍，具体内容如下：

2.1 信道编码

信道编码主要用于传播于电离层的短波信号，通过国内外学者的不断研究，提出了LDPC，它的优点为：接近信道容量的性能及较低的译码复杂度[4]。但相关的研究均是针对无记忆信道而言的，对于数字通信系统来说，其信道具有记忆性，因此，为了发挥LDPC码的作用，相关学者探讨了有记忆信道上的LDPC译码。虽然有限状态马尔科夫（Markov）模型可描述信道错误噪声，但通过研究发现，在有限状态Markov信道上，借助Markov信道记忆特征的联合估计和译码算法的性能较为显著[4]。在国外学者努力研究下，阐述了联合估计和译码算法的两个相互迭代部分，分别为标准的和积译码算法与前向后向算法，但此时译码器的性能相对较低，为了有效解决此问题，应对LDPC译码算法进一步改进，通过研究，提出了基于噪声软判决的联合估计与译码算法，它利用前向后向算法，实现了信道似然比的重新估计，同时在和积译码算法中利用概率消息传递策略对信息进行更新，从而提高了译码器的性能[5]。

在时变衰落信道上，选用的差错控制策略是结合不同信道条件以此确定的编码速率，为了保证此策略的有效性，需要使用速率兼容编码，即：采用一系列不同的速率码，其中涉及的码可利用相同的编码器或译码器进行编译码。在实际构造速率兼容编码过程中，长采用删余方法，此方法主要是利用低速率码，在传输中删除特定的比特位，从而实现了编码速率的提高。目前，BCH码、卷积码与Turbo码是最为常见的速率兼容删余码，前两种易于实现，但缺点为不能提供接近容量的性能，后者拥有良好的性能，但其缺点为较高的译码复杂度。与Turbo码相比，LDPC不仅具有较高的性能，同时其译码复杂度相对较低，因此，国外学者对其展开了研究，并提出了速率兼容LDPC码，此后，相关学者对其构造展开了研究，但由于缺少理论支持，导致删余LDPC码缺少最优化[6]。

为了优化致删余LDPC码，应采用高斯近似分析法，在此思想指导下，明确删余LDPC码的信息传递译码算法，并推导出迭代公式，同时利用此公式观察删余分布情况，了解删余LDPC码的性能，在此基础上，便可实现对最优删余LDPC码的构造，同时也保证了其具有较强的实用性。

2.2 调制技术

OFDM多载波调制技术，具有简明性与高效性，它与LDPC结合后，便可构成OFDM调制解调系统。

在移动无线环境中，频谱资源具有有限性，为了促进资源的高效利用，通信传输的可靠性需不断提高，而通信质量提高的主要方法便是信道编码，将其与调制技术结合能够获得高效的数字传输方案。通过相关学者的研究提出了TCM与BCM编码调制方案，二者具有典型性，但在移动通信中，信道衰落所引起的长突发错误，使其二者难以满足数字广播发展的需求，因此，在数字调幅广播系统中应采用多级编码调制，通过研究提出了基于LDPC码的多层编码调制系统，此方案主要是联合编码与调制，通过优化处理以此保证传输性能的提高[7]。

3总结

综上所述，在广播数字化发展过程中，数字调幅广播系统的信道编码与调制技术研究得到了广泛的关注，本文介绍了数字调幅广播的概况，探讨了数字调幅广播的信道编码与调制技术，相信，在现代技术支持下，数字调幅广播系统的发展目标将逐步达成，同时我国广播事业发展也将更加稳定与高效。

参考文献

[1]徐文波.基于FPGA的数模同播调频广播发射机设计与实现[D].桂林电子科技大学，2012.

[2]崔天夕.中波广播发射系統DRM改造理论浅析[J].电子世界，2014，02：104-105.

[3]温慧明.DRM数字调幅广播技术及在DX发射机进行DRM试验的探讨[J].卫星电视与宽带多媒体，2010，10：58-63.

[4]刘小林.多天线场景下多媒体传输系统的研究[D].中国科学技术大学，2013.

[5]黄熹媛，陈俊.数字音频广播信道编码调制系统研究与仿真[J].有线电视技术，2013，11：14-16.

[6]耿钦，竺小松，陈学辟.基于Simulink的DRM信道编码仿真[J].电子测试，2011，09：65-68.

[7]徐淑正，皇甫丽英，孙忆南.数字广播应用于实验教学的探索和实践[J].实验室研究与探索，2015，10：210-215+253.