中波广播发射系统DRM改造理论探讨

宋世琦

摘 要：DRM是世界数字广播联盟指定的数字化标准，可以对30 MHz以下的广播波段进行调幅，近年来DRM广播进行了多次实验，取得了一定的成就。DRM基带产生的信号需要经过信源编码、信道编码和OFDM（正交频分复用），在这个过程中需要选用合适的编码和调制参数。该文结合数字中波发射系统概况，提出技术应用的难点，对传统发射机改造进行了理论分析。

关键词：中波 广播发射系统 技术改造

中图分类号：TN838 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（b）-0095-02

近年来，越来越多的听众逐渐远离中波发射节目，主要是由于调频广播可以为用户提供更优质的音质，干扰问题得到解决。人为的电磁干扰对中波发射系统构成了较大威胁，中波收音机制造厂商为了避免干扰的影响，加快了对窄波段接收机的研究应用，降低了音频质量。与调频广播相比，调幅广播的发展面临萎缩，为了给中波台站提供出路，需要对发射系统进行改造。

1 数字中波发射系统概况

20世纪90年代，欧洲国家开展了尤里卡147计划，美国开展研究高清广播系统，多家企业联合开展Acorn项目，频段技术不断革新，数字广播技术不断发展。从1989年开始，DRM技术作为多载波系统被广泛应用，主要目的是为了提高30 MHz以下中波的发射质量，在技术应用的初始阶段，实现短波的数字化转变，在不断的研究过程中，DRM标准被广泛应用于中波和长波发射[1]。近年来，随着频段研究技术的发展，DRM技术标准获得国际电联认可，逐渐将其扩展到VHF的1～3频段，DRM技术在全球范围内推广应用，在印度和俄罗斯等国家被确定为中波行业标准，随后广播运营商、设备生产厂家等加入到技术应用的行列中。

DRM应用OFDM系統，结合多载波携带信息，保证数字信息在同一系列的载波上发射出去。数字中波系统具有很多优点，例如具有较强的抗干扰性和抗噪能力，传输质量较高，不会出现噪声累积和失真问题，数字信号可靠处理后与计算机连接，可以对发射机的功率进行调整，数字信息也可以通过网络实现共享。

2 技术难点

针对DRM基带信号而言，其功率密度函数均匀分布在信号带宽范围内，与模拟AM信号不同的是，能量不会集中在中心载波范围，而是一种多载波信号。应用过程中，通道的带宽会一定程度上限制输入信号，导致不同的子载波出现不同的幅度变化，信号接收的可靠性受到制约。应用DRM广播，必须有足够的时延带宽，信道群时延特性也会关系到不同子载波的相位，如果群时延特性不符合标准，将导致信号接收困难。

为了实现模拟发射机的DRM数字化改造，必须重点解决以下3个问题。

第一，合理控制音频支路和相位支路的信号时延。对传统模拟调幅发射机进行技术改造，必须保证发射机音频支路和相位支路可靠接收到数字基带信号，而数字基带信号主要由信道编码调制器发出，音频支路和相位支路输出包络信息和相位信息。不同的信息处理中需要应用不同的方法和步骤，不同的信息到达发射机混频管时会产生一定的延时误差，DRM广播信号的传输和发射将会受到延时误差的影响。

第二，优化数字射频激励调制器的应用。以传统模拟调幅发射机为基础，实现DRM信号发射系统的数字化改进，必须将发射器的实际工作频率与信号编码调制器进行联系，也就是说需要应用DRM数字射频激励调制器替换传统技术中的载波发生器。

第三，正确处理音频支路的数字信号。传统的模拟调幅信号发射机在处理音频信号的过程中主要应用电子模拟技术。现今DSP数字信号处理技术在不断发展的过程中，数字化改造难题依然有待解决，传输信号无法满足DRM标准的技术指标[2]。

3 传统发射机改造分析

数字信号为DRM基带信号的主要组成部分，信号发生过程中应用幅相调制方法，将信号通过天线发射出去，在应用的过程中必须要实现变频，实现模拟载波信号的幅相调制。由于发射器本体的差异，DRM基带信号向射频域型号的转变过程也会存在较大差异。

DAM（数字调幅）、PSM（脉冲阶梯调制）和PDM（脉宽调制）等传统的模拟发射机属于非线性发射机，为了实现DRM数字化改造，必须在原有发射机平台的基础上加装数字频率合成器和编码调制器。传统模拟发射机在DRM数字化改造的过程中，必须要有足够的音频带宽，进一步拓宽音频信号的输入带宽，重点对音频通道中的滤波器进行改造。PSM发射机和固态PDM发射机在改造的过程中，需要不断扩宽低通滤波器带宽。

针对M2W中波发射机而言，其结构表现为非线性，但是在应用的过程中可以实现线性发射机的功能。发射机本身可以提取包络分量，同时也可以实现幅相调制。另外，发射机可以应用较高的数字信号合成和处理方法，最终实现数字化改造。由于M2W发射机在信号处理和变换的过程中主要应用数字方式，很大程度上提高了信号的变换精度，也不需要在变换过程中进行调幅，只需要将信号接入到DRM信号编码器和调制器上即可，最终实现DRM广播。由于M2W中波发射机在本身的数字域内对信号进行处理，不同的载波周期结束后，对调制参数进行精确计算，将计算结果存储在寄存器中，在下一个载波周期来临时对应一个输出端，将发射机信号转换为射频信号，调制通道中的幅相也不会出现明显的时延误差，也就是说M2W中波发射机进行数字化改造的过程中不需要控制时延误差。

技术应用过程中，DRM基带信号一般选取COFDM作为调制方式，将峰值功率与平均功率的比值作为峰值系数，该系数一般取为9 dB，因此对发射机的输出能力提出了较高的要求。

针对一台模拟调幅发射机而言，将机器的额定载波功率设为Pc，将正峰最大调制度设为Mmax，将发射机的瞬时峰值设为Pmax，则Pmax=（1+Mmax）2Pc。

如果此时发射机输出可靠的DRM信号，必须结合实际将输出的最大平均功率降低为9 dB，也即Pmax的12.5%。

此时输出功率PDRM=0.125Pmax=0.125（1+Mmax）2Pc。

如果设备的额定载波功率为10 kW，最大正峰调制度为原有基础的140%，此时发射机能够输出的最大平均功率为：

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

结合以上理论分析，可以得出发射机最大理论输出，由于发射机自身具有明显非线性特征，所以设备实际发射能力比理论值低。在实际研究中，一般应用DRM最大平均功率对DRM发射机性能进行评价，如果设备的额定载波功率为10 kW，设备进入到DRM模式后，为了保证调制误差率在-35 dB以下，平均输出功率在6.5～7 kW，具有较高的应用价值。

值得注意的是，发射机本身的非线性特征导致不同的子载波之间出现互调分量，解码接收时也会面临困难。发射机幅相調制通道内的时延误差直接决定着发射机是否满足数字化改造的条件，必须使时延误差控制在一定范围内，目前主要应用手动控制方法和自适应控制方法[3]。

4 天线系统改造

DRM信号不同载波之间的相位变化直接受到天线系统带宽的影响，不同子载波在衰减的过程中可能与相邻的发射机设备之间产生联系，随即出现带外功率的问题，为了降低带外发射功率，一般提高天线带宽的平坦响应度，如果天线的带宽和DRM信号的带宽相同，发射机在测试天线和测试负载中得出的射频频谱存在较大的差异，因此在设置校正参数的过程中，必须重点考虑天线固有特性的影响。

中波天线的形式较多，天线的配置与覆盖区域和传播方法有着密切的关系。中波天线可以在工作频率上进行调整，实现向纯电阻的转换，在工作频率不同的位置，增加虚部后发射机表现出复数阻抗。在DRM技术中，中心频率的不同位置阻抗虚部发生正负改变，中心频率两侧的变化率一致，在中心频率的上下分别表现为电感性和电容性，也就是说天线的阻抗特性表现出明显的对称特性。

在应用过程中，天线的覆盖半径与天线的敷设效率有着直接的关系，驻波比特点对天线的带宽进行描述，在开路试验中发现，如果选用9 kHz的带宽，中心频率附近±10 kHz的驻波比在1.2以下，±15 kHz的驻波比在1.4以下；如果选择20 kHz带宽的DRM模式，为了取得良好的覆盖效果，对天线本身的特性要求较高。

5 结语

分析了数字中波发射系统概况，提出了技术应用的难点，为了实现中波广播发射机的数字化改造，需要在现有设备的基础上增加相应的编码调制器，天线系统也需要进行相应的改造。

参考文献

[1] 崔天夕.中波广播发射系统DRM改造理论浅析[J].电子世界，2014（2）：10.

[2] 李立瑛.DRM数字中波广播的试验[D].中山大学，2007.

[3] 栾立峰.中波发射机DRM改造的延时系统设计[J].中国新技术新产品，2015，26（12）：131.