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标题: DAB简介 [打印本页]

作者: liyf 时间: 2011-5-3 08:59
标题: DAB简介
DAB广播
DAB数字广播是由12个成员组成的协会--著名的EUREKA-147开发起来的，系统最初的名称是数字音频广播（DAB），而且一直被用作区分真正的DAB广播与其它数字音频广播的标准。1991年，Eureka-147被国际标准化组织（ISO）选定为数字音频广播国际标准。今天，世界大部分地区不是已经实现了这个标准的数字广播，就是正在测试这个标准。存有异议的只有信奉卫星数字广播和高清晰广播的美国以及选择了新的广播传送方法的日本。目前世界上DAB系统的大致分为欧洲Eureka-147、美国IBOC（in-Band On-Channel)及法国DRM（Digital Radio Mondiale)三类，还有部分国家自行发展了自主知识产权的DAB系统，而我国目前的DAB试播均采用Eureka-147系统。

现将上述三种主要制式简要介绍如下：
（1）欧洲的尤里卡-147DAB制式：1988年9月，欧共体在世界无线电行政大会上首次进行了尤里卡-147DAB的试验，音质可达CD水平。尤里卡-147DAB制式已于1995年标准化，它是一种典型的DAB系统，除了欧洲外，在世界上其它一些国家和地区也有相当程度的发展，例如加拿大、新加坡、澳大利亚等国家和地区。

（2）美国的带内同频（IBOC）DAB制式：其优点是只需在现有AM和FM发射设备的基础上，增加少量设备和少量投资，就可以实现数字音频信号与原有的模拟广播信号用同一频道发射。这样一方面保留了原有的模拟系统，另一方面也不需要为DAB业务准备新的频率规则，达到了频率复用的目的，节省了频率资源。美国的DAB系统接收机结构简单、价格便宜。

（3）日本的单套节目DAB方案：日本的DAB是在地面数字电视DTV的基础上发展起来的。该方案最大的意义在于，可根据广播信息的容量灵活确定系统带宽，占用频带较窄，节省频带资源。

1996年底，我国采用尤里卡-147DAB标准，在广东佛山、中山和广州建起了中国（亚太地区）第一个Eureak-147DAB先导网，北京、天津、廊坊地区的DAB单频网（SFN）也已于2000年6月28日开通并进行试播，现在进入市场培育阶段。由于2008年北京将承办奥运会，因而所有电视、广播的数字化改造工作必须在奥运会开暮前全部完成运行，进入正式运营状态。目前，北京人民广播电台子公司-北京悦龙数字广播传媒科技有限责任公司的DAB节目已经于2005年4月18日起开始试播（如果现在你手里有DAB接收机，就可以收听到2个频道，一为《欧美流行》，二为《世界音乐》，都是音乐节目，每天早8：30-17：30左右播出，频率207-215MHz，有条件的北京朋友可以试一下），预计今年下半年将陆续推出6套数字广播节目，届时，北京电台也将成为我国长江以北区域首家开播数字广播节目的电台，节目接收范围将推广到六环以内，覆盖1200万人、150万辆机动车。这就是住在首都的优势，可以享受到最新的数字广播节目，而且还是免费的！目前，国际著名车载音响口牌蓝宝和JVC的多款数字广播车载接收机已经开始在京城热销。这些接收机除具有AM、FM、CD播放等功能外，还可以接收数字广播节目，有的还具有MP3，蓝牙等多种最新功能，从低端价位到高端价位应有尽有。第一批安装车载数字广播音响的听众已经率先收听到了数字广播试播节目，接收效果良好，与CD音质没有任何区别。目前数字广播接收机的种类繁多，完全可以满足消费者个性化、多样化的需求--拥有包括家用接收机、手机、个人电脑（UBS接口插卡）、随身听、车载接收音响等多种模式的接收终端，可以在各种场合接收数字广播节目。随着北京电台数字广播节目的正式播出，还会有更多的接收机产品在今年下半年陆续上市。

DAB的优势
DAB（DigitalAudioBroadcasting)是全新的数字化广播体系。与传统的AM/FM广播体系相比，DAB具有节省频谱资源、发射功率低、信息最大、音质极佳等优点，是继传统的调幅、调频广播之后的第三代广播，它的出现是广播技术的一场革命。数字广播具有抗噪声、抗干扰、抗电波传播衰落、适合高速移动接收优点，它提供CD级的立体音质，信号几乎零失真，可达到“水晶般透明”的发烧级播出质理，特别适合播出古典、产响、流行等类型的音乐，受到专业音乐人、音乐发烧友和音响发烧友的热烈追棒！同时，DAB在一定范围内不受多重路径干扰影响，可以保证高质量的固定、携带及移动接收。相当于AM/FM，其音质纯净，可与CD媲美；抗干扰能力强，收听效果好；快速移动时可以保证正常接收；除了音频节目，还可以提供数字多媒体广播和数据服务。其主要优点如下：

1、节约频率资源
众所周知，每个国家的无线电频率资源都是很宝贵的，也是非常有限的。就广播电视系统而言，一个电视台或电台占用了某频率段，附近的电视台或电台就不能再使用这个频率段。否则就会相互干扰。现在省、市和县都有电台和电视台，需要的频率资源就比较多。如果采用DAB，情况就大不一样。因为当你使用DAB播送同一节目时，各个发射台都可使用同一频率段而不会相互干扰。

以已建成的广东DAB先导网为例，广州、佛山和中山三个发射站可以使用同一频率段，从而覆盖了珠江三角洲及港澳部分地区的近1500万人口，而且还可以继续使用这一频率段，不断扩大覆盖区。这样就节约了宝贵的频率资源。

2、为了广大人民群众提供优质多媒体广播服务
在数字音频广播DAB的基础上，经过一定的技术改进，便出现了数字多媒体广播（DMB）。DMB完全打破了传统模拟广播的模式，它既能播出优质的声音节，也以播出图像节目和数据。目前广东数字多媒体广播（DMB）可以提供的服务有：PAD（声音伴随数据）业务--可在播放音乐节目的同时，以文字或静止图片的形式向听众提供节目相关的背景资料、内容解说等；NPAD（非声音伴随数据）业务--可在播放声音节目的同时，传输与声音节目无关的文字、静止图片或数据信息；公共及专业信息业务--例如交通引导、电子地图、股市行情、Internet下载等；移动电视--可在高速行驶的车辆中接收到实时的电视节目。

3、实现了高速移动接收
现在使用的调频和模拟电视，如果在移动中接收信号，所收到的信号会受到很大的损伤。例如，你在汽车上收看电视台的电视节目时，一旦汽车发动，电视图像就会出现许多干扰和要纹，使你根本看不清电视图像。但是，如查使用DVB/DAB等数字化传输方式，即使是在时速几百公里的高速列车上，也能够收看到清晰稳定的电视图像，聆听到CD音质的震憾音响。但是到目前为止，全世界所有有关DAB数字广播的应用，大多局限在音频广播层面。DAB数字广播发展至今，已经不只是数字音频广播技术--数字化后，广播也可以传送资料信息。也就是说，今后，收听数字广播不但可以听到近乎CD音质的高品质音频，还可以看到经由数字广播所提供的资料信息服务，从文字到图片再到多媒体影像。我国于2000年在广东佛山单频网中进行了全世界首次利用DAB数字广播传送多媒体影像的实验，成功地使用1.5MHz频宽传送了VCD品质的影像节目。自此，全世界各DAB数字广播研究单位都将注意力集中在DMB数字多媒体广播及其未来发展上。

DAB广播的传送与接收
谈了这么多DAB 系统的应用前景，那么，寻根究底，DAB系统是如何完成信号传送的？其工作原理为何？DAB又是如何解决移动接收所产生的问题的呢？

DAB系统由发射和接收两部分组成。发射系统由信源编码器、信息编码器、多路复用器、OFDM调制器以及模拟射频等部分组成；而接收机则由调谐器、DAB解码模块、数据业务解码器、接口及系统总控等部分组成。发射和接收部分的原理框图。

首先来看发射部分：音频信号编码采用MUSICAM算法，即掩蔽型自适应通用子带综合编码与复用，该编码的特点是按照人耳听觉特性把信号中对声音的音色和发音位置判断没有影响的部分去掉，使传输的数据量显著降低，并在主观质量、数据率、处理过程所需的时间延迟以及复杂性等方面，提供了最佳的折中方案，从而使数据率有效压缩且仍具较高的声音质量。得到的音频压缩数据经信道可删除型卷积编码，送入多路复用器与数据业务一起复用，复用信号以包的形式进行OFDM基带调制，在其中还加入FIC、同步信号等。

接下来着重讲一下OFDM基带调制方法：OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用技术）是HPA联盟（Homeplug Powerline Alliance)工业规范的基础，它采用一种不连续的多音调技术，将被称为载波的不同频率中的大量信号合并成单一的信号，从而完成信号传送。由于这种技术具有在杂波干扰下传送信号的功能，因此常常会被用在容易受外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中。其实，OFDM并不是刚刚发展起来的新技术，其应用已有近40年的历史，主要用于军用的无线高频通信系统。但是，OFDM系统的结构非常复杂，从而限制了其进一步推广。直到上世纪70年代，人们采用离散傅立叶变换来实现多个载波的调制，简化了系统结构，使得OFDM技术更趋于实用化。80年代，人们研究如何将OFDM技术应用于高速MODEM。进入90年代以来，OFDM技术的研究深入到无线调频信道上的宽带数据传输领域。目前，OFDM技术已经被广泛应用于广播式音频、视频领域和民用通信系统，主要的应用包括：非对称数字用户环路（ADSL）、ETSI标准数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DAB）、高清晰度电视（HDTV）、无线局域网（WLAN）等。

上个世纪中叶，人们提出了频带混叠的多载波通信方案，选择相互之间正交的载波频率作为子载波，也就是我们所说的OFDM。这种“正交”表示的是载波频率间精确的数学关系。按照这种设想，OFDM既能充分利用信道宽带，也可以避免使用高速均衡和抗突发噪声差错。OFDM是一种特殊的多载波通信方案，单个用户的信息流被串/并变换为多个低速率码流，每人码流用一个子载波发送，OFDM不用带通滤波器来分隔子载波，而是通过快速傅立叶变换（FFT）来选用那些即使混叠也能够保持正交的波形。OFDM是一种无线环境下的高速传输技术。无线信息的频率响应曲线大多是非平坦的，而OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个信道上使用一个子载波进行调制，并且并行传输各子载波。这样，尽管总的信道是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。由于OFDM系统中的各个子信道的载波相互正交，它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。

OFDM技术属于多载波调制（Multi-Carrier Modulation,MCM)技术。有些文献上将OFDM和MCM混用，实际上不够严谨。MCM与OFDM常用于无线信道，它们的区别在于：OFDM技术特指将信道划分成正交的子信道，频道利用率高；而MCM可以使用多种信道划分方法。OFDM技术的推出其实是为了提高载波的频谱利用率，或者是为了改进多载波的调制质量，它的特点是各个子载波相互正交，使扩频调制后的频谱可以相互重叠，从而减小了子载波间的相互干扰。在对每个载波完成调制以后，为了增加数据的吞吐量、提高数据传输的速度，它又采用了一种叫作HomePlug的处理技术，来对所有将要被发送的数据信号载波进行合并处理把众多的单个信号合并成一个独立的传输信号进行发送。

此外，OFDM之所以备受关注，其中一条重要的原因是它可以利用离散傅立叶反变换/离散傅立叶变换（IDFT/DFT）代替多载波调制和解调。OFDM增强了抗频率选择性衰落和抗窄带干扰的能力。在单载波系统中，单个衰落或干扰可能导致整个链路不可用，但在多载波的OFDM系统中，只会有一小部分载波受影响。此外，纠错码的使用还可以帮助其恢复一些载波上的信息。通过合理地挑选子载波位置，可以使OFDMR的频谱波形保持平坦，同时保证了各载波之间的正交。OFDM尽管还是一种频分复用（FDM），但已完全不同于过去的FDM。FDM的接收机实际上是通过FFT实现的一组解调器。它将不同载波搬移至零频，然后在一个码元周期内积分，由于其它载波信号所积分的信号正交，因此不会对信息的提取产生影响。OFDM的数据传输率也也子载波的数量有关。OFDM每个波所使用的调制方法可以不同。各个载波能够根据信道状况的不同选择不同的调制方式，比如BRSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等，以频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则。我们通过选择满足一定误码率的最佳调制方式就可以获得最大的频谱效率。无线多径信道的频率选择性衰落会使接收信号功率大幅下降。为了提高频谱利用率，应该使用与信噪相匹配的调制方式。可靠性是通信系统正常运行的基本考核指标，所以很多通信系统都倾向于选择BPSK或QPSK调制，凤确保在信道最坏条件下的信噪比要求，但是这两种调制方式的频谱率很低。OFDM技术使用了自适应调制，根据信道条件的好坏来选择不同的调制方式。比如在终端靠近基站时，信道条件一般会比较好，调制方式就可以由BPSK（频谱效率1bit/s/Hz)转化成16QAM-64QAM(频谱效北4-6bit/s/Hz,整个系统的频谱利用率就会得到大幅度的提高。自适应调制能够扩大系统容量，但它要求信号必须包含一定的开销比特，以告知接收端发射信号所应采用的调制方式。终端还要定期更新调制信息，这也会增加更多的开销比特。OFDM还采用了功率控制和自适应调制相协调的工作方式，使功率控制与自适应调制能够取得平衡。也就是说，对于一个发射台而言，如果它有良好的信道，在发送功率保持不变的情况下，可使用频谱效率更高的调制方案如64QAM；如果功率减小，调制方案也就可以相应改变，使用QPSK方式等。自适应调制要求系统必须对信道的性能有及时和精确的了解，如果在差的信道上使用较强的调制方式，那么就会产生很高的误码率，影响系统的可用性。OFDM系统可以用导频信号或参考码字来测试信道的好坏。发送一个已知数据的码字，测出每条信道的信噪比，根据这个信噪比来确定最适合的调制方式。正交频分复用是一种多载波数字调制技术，也可以被当作一种复用技术。具有频谱利用率高、抗多径干扰等特点，OFDM系统能够有效地抵抗无线信道带来的影响，例台信道的频率选择性衰落，脉冲噪声和共信道干扰的影响。此外，信号在开路传输中会因多径接收造成移动中的干扰。所谓“多径接收”，就是指接收机所接收的信号不仅是发射台直接传送过来的主信号，还有很多其它发射机发出的及经建筑物和山坡等障碍物反射后才接收到的信号，这些信号间会有较大的时延差，可能导致接收到的各信号成分相互干扰，形成所谓的“时间选择性衰落”及“频率选择性衰落”。另外，在接收机快速移动时，由于多普勒效应，会使接收到的各部分信号产生频率偏移。为了防止这种由于多径传播引起而的信号衰落，在DMB发射机中采用了COFDM（编码正交频分复用）的方法进行传输。这种编码和调制方式，采用了在数据流里人为加进冗余位的措施及其它信道编码技术，以便修正传输中可能出现的差错。

OFDM基带调制后得到的I/Q两路信号被送入射频部分进行载波调制并发射，而系统接收部分则是发射部分的逆过程。首先，接收机对从天线进入的高频信号进行解调处理，之后再经过A/D转换，还原成数字信号。数字信号经过A/Q变换，得到两路正交的信号，该信号通过信道同步和信道均衡后，送入OFDM基带解调器进行基带解调，然后通过解复用器将音频信号送入信道解码器解码，接着进行信源解码，最后经D/A转换还原成模拟音频。经过放大后的信号就可以直接输出了。

DAB数字音频广播具有音质出众（可达到CD质量）、可实现多媒体接收、适合高速移动接收、抗干扰能力强、几乎零失真等优点。

目前，在英国、德国、比利时、丹麦等欧洲国家，数字音频广播的覆盖率已经达到相当高的水平，全球共有约3.3亿人能够收听数字音频广播。DAB在我国还处在初级阶段，传输的内容仅仅限于音乐，发展的方向也仅限于逐渐替代传统模拟AM/FM广播。

但我们有理由相信，在不久的将来，特别是奥运会来临之际，数字广播将会通过各种方式，将音频、视频、数据、文字、图形等数字多媒体信号传送给接收终端，使用户在使用手机、电脑、便携式接收终端、车载接收终端等多种接收装置收听传统音频广播节目的同时，还可以接收数据、图文、收看视频节目。我们衰心期盼这一天的早日到来。

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