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除了平时听的“调幅AM”和“调频FM”,“短波DRM数字广播”了解一下?

2019-08-30 08:30:00 来源:技术运营中心

时隔4年,我再次进京参观“北京国际广播电影电视展览会”(BIRTV),今年BIRTV的主题是“创新驱动·构建全媒体新生态”。每年8月,众多国内外厂家都把BIRTV当作在中国发布最新产品、进行市场推广的良好契机,而展览会期间还有总局领导、行业领袖和专家学者等进行多场讲座和学术交流活动。

在8月21日“传输与覆盖技术论坛”下午的活动中,我听了一场名为《DRM短波数字广播实验介绍》的主题讲座,由国家广电总局无线电台管理局的张利达主讲。现将整场讲座和有关“短波DRM数字广播”的内容整理分享如下。

(一)  什么是短波广播(Shortwave Radio)?

无线电波是指频率介于3Hz至300GHz之间的电磁波,也称射频电波,无线电技术是指将声音信号或其他信号经过转换,利用无线电进行传播的技术。在上述频率范围内的电磁波,被称为“无线电波”,其在现代技术中被广泛使用,尤其是在广播电台和电信领域。下表是为大家整理的无线电波波段的划分:

短波(Short Wave,简称SW)是指频率在3MHz~30MHz的高频部分,由于其频率较高,相对而言其波长λ在10m~100m之间,较之中波(Midium Wave,简称MW)和长波(Long Wave,简称LW)的波长都要短,故得名。

短波基本传播途径有两个:一是靠“地波”传播,另一是靠“天波”传播。短波由于其波长短,沿地球表面传播的“地波”方式绕射能力差,传播的有效距离很短。而短波以“天波”形式传播时,在电离层中所受到的吸收作用小,有利于电离层的反射,经过一次反射可以得到100~4000km的跳跃距离,而经过电离层和大地的若干次连续反射,短波的传输距离就更远了。

短波广播(Shortwave Radio)正是利用短波波段进行播送的广播,其通过电离层的反射进行远距离传输,具有传播距离长、穿透力强、不易干扰等优点,由于短波广播具有高度的战略价值,因此世界上多数国际广播通常都位于短波波段。

短波广播起源于第二次世界大战反法西斯战争期间,1941年冬,日军偷袭珍珠港后,美国不再隔岸观火,毅然联英对日宣战,时任总统罗斯福创建了《美国之音》短波广播,以打破日本军国主义在亚洲进行的新闻及资讯封锁,帮助亚洲各国的抗日军民获悉西线欧洲战场的胜利消息以鼓舞艰困的亚洲战场。

(二)  什么是数字广播(Digital Broadcasting)?

数字广播(Digital Broadcasting)是指将数字化了的音视频信号和数据信号等在数字状态下进行编码、调制、传输等处理的传播技术。同时,数字广播有别于传统的对信号载波进行调幅调制(Amplitude Modulation,简称“AM”)和频率调制(Frequency Modulation,简称“FM”)的技术,其以发射数字信号来达到广播以及数据资讯传输的目的。

数字广播和传统的调幅(AM)广播和调频(FM)广播相比,具有如下显著的优势:

正由于数字广播具有传播音质好、传送灵活、覆盖面广、频谱利用率高、抗干扰能力强、发射机功率小等诸多优势,其在音频广播、视频分发、交通导航、金融股市、网络服务等业务应用场景中有较高的利用价值。

数字音频广播起源于德国,数字广播技术的基础是“Eureka 147”标准,即数字音频广播(DAB)系统标准。1988年1月1日,欧洲正式实施“Eureka 147”标准。1994年,《Eureka-147标准》被国际电信联盟(ITU)确认为国际标准。到目前为止,世界上有近30个国家和地区开播或试验播出数字音频广播(DAB)节目,全球有3.3亿人在收听数字音频广播。

(三)  无线电广播为什么要进行数字化?

随着数字压缩编码技术和数字信道编码调制技术在广播领域的应用,无线电广播正在经历着从模拟体制向数字体制的深刻变革。声音广播数字化从20世纪70年代就已经开始。进入新世纪以来,在无线电通信行业特别是数据分发和传输发射领域,采用数字技术是一种全球趋势。对于本地广播或是国际广播播出机构,数字化技术都具有很多无可比拟的优势。

众所周知,模拟信号是由连续的电信号来表示声音的变化,模拟处理的本质是波形复制,尽量使信号在处理前和处理后完全一致。处理和传输中不可避免会产生失真和干扰,使得信号的质量不断下降。模拟处理存在一系列的缺点:处理环节越多质量下降越快、频谱资源耗费多、对终端不可控、连续信号不便于数字存储等等。

而数字信号是用“0”和“1”两个数值通过不同的组合表示声音的变化,数字处理的本质是信息再生而不再是处理收到的信号波形。由于只有“0”和“1”两个值,即使传输通道受到很大干扰,仍能判断原来发送的信息是“0”还是“1”,只要恢复的信息没有错,接收端就能还原出和发送端一样质量的声音。

对比现运行的传统模拟广播系统,数字广播系统具有很多突出优点。在调幅(AM)和调频(FM)广播频段实现数字化,能够使播出机构大幅提高现有广播服务质量,同时能够推出更多面向未来的新广播服务。

(四)  什么是DRM数字广播?

世界数字无线电广播(Digital Radio Mondiale)简称DRM,是一项通用的开放式数字广播系统,旨在用于划分给世界范围内模拟声音广播各频段中的地面广播应用。该系统遵守国际电信联盟(ITU)确定的频谱掩模(Spectrum Mask),因此有利于模拟广播向数字广播的顺利过渡。该系统的设计为纯数字系统,该系统设计用于车载、便携式和固定接收机。

除了数字声音广播,DRM系统还提供各种不同数据业务,包括图像和电子节目指南,以及在不丢失音频的情况下动态重新安排多路复用中所含的各种业务的能力。

DRM系统的设计出发点是用于取代现有模拟无线电广播的高质量数字无线电广播,与原有模拟广播一样使用相同的信道和频谱运行。DRM标准适用于所有广播频段,包括长波、中波、短波、调频乃至甚高频。DRM数字广播的工作频段如下图所示:

频率在30MHz以下的中、短波DRM数字声音广播保留了模拟调幅广播服务范围大的优点,并且固定、便携和移动接收都有较好的接收质量。DRM广播的带宽可扩展为18kHz或20kHz,用于提供高质量立体声声音广播,也可传送多套音频节目和数据业务。DRM系统无需重新规划频率即可实现现有中、短波调幅广播从模拟到数字的平稳过渡。发射DRM数字声音广播,只需在原有的模拟中、短波广播发射机上增加数字调制器等设备器件和修改部分电路,DRM系统这一突出优点对于我国无线电广播由模拟向数字过渡具有重大意义。

同时,对于投资DRM系统基础设施的播出机构、投资接收机开发和生产的制造商以及需要购买新DRM接收机的广大受众,成本价格因素极其重要。DRM是开放式系统,所有制造商和相关方都可以自由使用完整的技术标准,并可在公平的基础上设计和制造各种DRM设备,这也是确保及时向市场推出新系统和加快降低设备价格的重要机制。

(五)  DRM数字广播系统的关键特性有哪些?

DRM数字广播系统充分利用传统调幅(AM)频段无线电波的传输特性,通过发射接收系统的数字化显著提高声音广播的音频质量和服务可靠性,使得广播机构能够提供与传统的本地模拟调频广播(FM)质量相当的短波(HF)和中波(MF)广播服务。同时简单调谐、数据服务等新功能能够显著增强用户体验。

DRM数字广播系统的关键特性(即主要优点)见下图:

(六)  短波DRM数字广播的应用有哪些?

由于短波可传输距离远的特性,加上DRM数字广播加密性好、抗干扰能力强等诸多优点,在国家层面,除了在战时用于战略宣传外,和平时期更多的可用于应急预警和抗灾抢险。

以2018年为例,全球有617万人遭受自然灾害,其中大多数是受到极端天气的影响,极端天气通常都存在预警时间窗口,问题在于我们能否充分利用这个宝贵的时间窗口向公众发布应急预警信息并拯救生命。

◆  一个典型的预警系统应满足如下要求:

◆  以最快的速度向受影响的地区发布应急讯息;

◆  覆盖面广、可靠度高;

◆  在基本通讯服务和本地网络服务瘫痪的情况下仍可正常运行;

◆  通过人们日常使用的设备发布预警;

◆  在电力中断的情况下可独立运行

据以往自然灾害的经验,上述条件中,互联网、电信和电力通常在灾难中首当其冲受到影响的,而无线电接收机历来一直是全球预警系统的核心组成部分。无线电接收机可以通过电池、太阳能甚至是手摇发电获得电力,而远距离传输发射塔的建设确保了基础设施可抵御受灾地区电力中断的影响,最为关键的是短波DRM广播传输距离远,能确保灾区受众及时获得应急救灾资讯,这些功能是传统模拟广播都无法实现的。

(七)  听众如何收听短波DRM数字广播?

现阶段,广电总局对于短波DRM数字广播的播出仍处实验性质,暂未全面推广和大规模播出。我为大家整理了“短波DRM数字广播在华东地区的播出频率时间表”,如下表所示,广大无线电和收音机爱好者可以通过具备接收短波DRM数字广播功能的收音机收听节目。

听了BIRTV的这场讲座,结合网上查阅的资料,个人认为:短波DRM数字广播系统的设计初衷是实现数字广播与现有模拟广播共存,通过对大量关键操作参数进行量化,确保模拟广播和数字广播系统的兼容性。基于此,我们可以分阶段实现模拟广播系统向数字广播系统的过渡,从而使广播电台与发射机构能够在有限的预算资金条件下实现广播系统数字化。此外,与其它数字广播系统不同的是,短波DRM数字广播系统可通过对传统模拟广播发射系统进行升级改造实现,并能够实现模拟广播和数字广播的简单切换。因此,短波DRM数字广播系统能够显著降低广播机构实现发射系统数字化的投资成本。加之其具有极高的战略价值和应急救灾预警功能,相信不久的将来,国家将会实现短波DRM数字广播全时段全境覆盖播出。

供稿:广播技术部   图、文:吉祥