中国数字音频广播系统 结构及信号编码技术探析

赵红丁

摘 要 由于传统的广播技术已不能满足人们获取信息的多样性，而我国在此方面的技术发展滞后于发达国家，习近平总书记指出“核心技术受制于人是最大的隐患”。只有掌握核心技术，具有自主知识产权，才能促进我国广播事业安全发展。因此中国数字音频广播（China Digital Radio）以下简称（CDR）应运而生。文章简要介绍CDR系统结构及其特点和DRA+信源编码、信道编码（LDPC）。重点分析CDR核心部分正交频分复用技术（OFDM）。

关键词 结构；特点；编码；复用

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 2096-0360（2018）09-0035-02

1 CDR系统结构及其特点

CDR系统采用具有自主知识产权的GD/J058-2014《调频频段数字音频广播音频信源编码技术规范》（简称DRA+）、GY/T 268.1—2013《调频频段数字音频广播 第1 部分：数字广播信道帧结构、信道编码和调制》、GY/T 268.2—2013《调频频段数字音频广播 第2部分：复用》标准。图1为CDR系统结构图。

CDR系统由音频和数据输入系统、DRA+信源编码系统、复用系统、信道编码调制系统、发射系统组成。输入信号先进行DRA+编码，形成的数据流经过复用后进行信道编码，再提供给发射系统。由于CDR使用了高效的DRA+信源压缩编码、多子波复用、分层调制、多频道频率分集和高效编码率可以实现多重数据错误的识别和更正的信道编程并处于技术的尖端领域，可在低码率下达到较好的音质，高速移动状态下接收不受影响，在相同的覆盖范围下，所需的发射功率大为降低。CDR还具有灵活的频谱模式，可以实现数模同播，满足高数据率业务的传输需要，可根据实际应用在发射机激励器侧进行纯数字播出或者数模同播、单一模拟播出、立体声播出、单声道播出、多声道播出等配置。第三是能高效利用频谱资源，有很好的兼容性，能把最新技术应用到系统中。

2 CDR系统信号编码

信号编码分为信源编码和信道编码。信源编码要求在低码率下保证声音质量，为信道编码中的分层调制和LDPC纠错编码提供粗分层的编码码流。因此对音频信源编码的压缩效率要求很高，编码码率越大，音频质量越高，可支持多声道，但占用带宽增加，可传输节目套数减少。DRA+信源编码是一种高效的音频压缩编码，通过在附加数据部分采用频带复制、参数立体声和分层模块等编码技术，使信源编码可支持的比特率范围向更低比特率延伸，其输出码率范围为16kb/s到384kb/s，由于是分层编码，在保证声音质量的前提下提高了覆盖范围，实现了低码率音频源编码，在码率充足时还能提供更高的立体声音质和多声道环绕声。

信道编码采用LDPC编码，约束长度7，码字长度为9216比特，准循环结构256×256，支持多频点工作，改善了信道传输性能。CDR有三种传输模式，分别是大面积组网覆盖、高速移动接收和高数据传输。根据不同的传输模式选用QPSK、16QAM、64QAM调制，信道编码码率可选择1/4、1/3、1/2、3/4。编码码率越大系统传输数据率大，音质也好，但传输可靠性降低。LDPC编码可实现系统复杂度较低的纠错编码，使发射机功率比其他采用卷积码的数字编码技术降低一半，并支持数字音频和数据业务

形式。

3 CDR系统信号复用

CDR系统信号复用采用正交频分复用技术（OFDM）。复用的功能是将音频、数据、控制信息进行编码、调制，使其能在信道上传送。OFDM属于多载波调制，它将调制信号经过串/并转换后分成多个子载波，再对多个在频率上等间隔分布且相互正交的子载波进行相应载波数次的离散傅里叶变换（IFFT），所得的数据经过并/串变换和D/A转换得到OFDM信号，实现频分复用。接收端解调时同样可以利用（FFT）进行解调。图2为OFDM原理图。

影响无线电波传输的因素有以下两种，分别是：城市中的建筑物和自然地理条件的限制。通过其传播原理可知，信号源通过接收的信直射波传播能达到最好的效果，但是，由于现实条件的现实，在传播过程中也有反射波出现。因为上述因素，会影响其传播效果从而延时或其信号受损，最终导致一些错误的出现。OFDM能够通过将数据分成更多的小组进行传输，那么久不会占用太多的频率，从而保证了传播的效果。但是，如果出现其周期远远超出预期控制的数值，那么将会减少反射波对符号间的干扰。噪声干扰是影响数字传播的最大因素，码间干扰也是因素之一，虽然他们的原理不同，但是都会形成一种对传播码的干扰，而影响传播效果。OFDM的出现对此问题的解决带来了一定的便利，通过提高抗干扰能力来保证传播效果。

OFDM的实现原理是：通过IFFT变换，而对数字信号进行处理，从而保证了子载波互相正交，实现了每个子载波上都有信号频谱进行叠加。这个方法是通过随机选取两个载波，都能保证其相乘为0，即上文中所提到的正交，来实现接收端可以在相互叠加的信号频谱正确的识别出每个信号的分量。正交得以成立，是不同的载波之间间隔的最低数值，正好是此符号周期倒数的倍数（倍数为整数）。为了确保此效果的实现，在实际操作中，通过选择最低的载波间隔，并使其成为符号周期的倒数。如图3所示。

即使在不同的载波上，出现频谱的位置是重叠的，但是不同的子载波都是在其他元素的0点的方位，彼此之间很少能产生影响。每个信号都有其子载波组帧，可实现CDR系统频谱灵活选择。表1为各种模式下的频率块位置。

如表1所示，DA为A类，其子带标称的频率可以達到如下数值：（100i+50）kHz，i=0，1。

DB表示B类，子带标称频率可以达到如下数值：（100i）kHz，i=0，1，2。

表中出现零，则可以理解为这个频率块位于频带没有被使用。频率块-1与1之间指的是其中一个广播节目核心频率，其中的频率块带宽一般数值是50 kHz，U可以表示一一对应到信号中某个子带的上半子带，下半子带用（L）表示。标有“模拟”和“数字”的表示模拟广播使用和数字广播使用。从表可视，其中有六类不同的频谱模式，分别为l，2，9，10，22，23。剩下的模式则均为保留模式。其中频谱模式中的数值1、2代表的是纯数字的状态，而9、10则代表的是可以实现立体声同播，22与23支持数模单声道同播。

4 结束语

CDR是我国广播数字化的发展方向。数字压缩和编码调制技术的应用使频谱资源得到最大利用，为提供更多的服务创造条件。采用数模同播，可以直接实现数字调频广播的升级覆盖，其对其它播出的频道没有任何干扰。因此，CDR是适合目前我国国情的技术。