1.2 數字聲音廣播與數字多媒體廣播技術概要

1.2.1 世界上最早的數字聲音廣播——數字衛星廣播（DSR）

世界上最早的數字聲音廣播是衛星直接廣播系統（DSR，數字衛星廣播），DSR于1989年8月24日啟用，通過衛星DFS1 Kopernikus和TV SAT 2，在德國范圍內可以接收16套節目的數據包。1994年TV SAT 2 停止發射，只能通過Kopernikus和德國電信的寬帶網接收。開發DSR的目的是，聲音信號盡可能以HiFi質量傳輸，并通過衛星進行分配，聽眾直接接收。該系統為了使傳輸容量得到最佳利用，在一個27MHz帶寬的轉發器上，安排了多達16套立體聲節目的數據包的傳輸。在DSR中，沒有考慮數據廣播業務。在DSR中傳送的各路信號均沒有進行數據率壓縮。每套節目僅實現A/D轉換（32kHz取樣頻率，16比特量化），多路復合后，進行DQPSK調制，形成基帶信號，再變為中頻和射頻送往衛星。衛星的下行發射頻率是12.625GHz。

DSR雖然有最好的聲音質量，但由于沒有采用數字壓縮技術，頻譜利用率低。隨著科學技術的發展，現在已經有了新的系統（ADR）代替它，基于這種情況，DSR已于1999年1月15日停止運行。

1.2.2 阿斯特拉衛星數字聲廣播（ADR）

ADR的全稱是ASTRA Digital Radio（阿斯特拉數字衛星廣播，ASTRA是歐洲衛星廣播組織的名稱，總部設在布魯塞爾）。

ADR通過衛星能實現大面積覆蓋，如果每個衛星按16個轉發器考慮，要比地面DAB提供的傳輸容量大得多。如果所有的轉發器都利用的話，用一個ASTRA衛星，可以傳送多至192套立體聲節目。與地面廣播相比，實現大面積覆蓋總的投資和運行費用都是比較經濟的。

ADR的優點是頻譜利用率高（使用了數據壓縮技術），缺點是不適合移動接收，不含數據業務。

1.2.3 數字音頻廣播（DAB）

（1）特點

DAB的主要特點是：適合于固定、便攜和移動接收；可利用地面、電纜和衛星進行覆蓋；聲音質量可達CD水平；可單頻網（SFN）運行，節約頻譜；具有極強的抗多徑傳播引起的衰落能力；DAB屬于數字多媒體廣播（DMB），可以傳輸數字聲音、數據和視頻業務。

（2）DAB發展

DAB來源于歐洲。DAB從1987年起就成為“EUREKA 147”項目，1995年DAB的正式規范（EN300401）出臺。從1995年9月開始正式在歐洲和世界范圍應用。

DAB是以數字技術為手段，由廣播機構向移動、固定或便攜式接收機傳送高質量的聲音節目（可達CD）和數據業務。DAB由于使用COFDM傳輸方法，合理地選擇符號參數及使用相應的調制方法，特別適合于高速移動接收，在最高250km的時速下仍能保證可靠接收。

事實上DAB除了聲音信號外，傳送任何形式的數據信號都是可能的，例如，廣播電文、靜止畫面、計算機程序等，甚至可以對移動的TV接收機傳送電視節目。

從技術上看DMB是對以音頻為內容的聲音廣播標準DAB的擴展。它特別適合于為高速移動的接收機傳送活動圖像（也可以稱為DAB-TV）。視頻的信源編碼用MPEG-4標準，一套數據率在400kb/s以下的視頻節目起碼在小的顯示器上有可以接受的圖像質量。一種附加的差錯保護用來保證在移動應用時的傳輸可靠性。根據差錯保護程度而定，傳送最多1.5Mb/s的凈數據率是可能的，按此考慮，一個帶寬為1.536MHz的DAB頻率塊用來傳送三套電視節目和一套音頻節目與數據業務是足夠用的。

DMB發展了DAB，因此DMB繼承了DAB的所有功能。由此可知，將傳統的DAB業務和格式，與新的DMB視頻業務相結合的混合運行是完全可能的。每個接收機可以辨別出涉及的是什么業務，并且可以決定是否可以應用或不予理睬。

（3）DAB的關鍵技術

在信源編碼方面，DAB應用了MPEG-1 AUDIO Layer2（MUSICAM）。將來加進MPEG-2 AUDIO Layer2半取樣頻率低比特率編碼和多聲道繞聲編碼。在制定DAB標準的時候，選擇這種編碼方法應該說是合適的。當然，由于壓縮技術的飛速發展，現在有了質量更好的壓縮效率，更高的信源編碼方法。

在信道編碼方面，DAB使用的是可刪除型卷積編碼（約束長度為7，母碼的編碼率等于1/4），可根據數據的重要性差異及應用環境的不同，選擇8/9、8/10、…、8/31、8/32 共24種不同的信道編碼率。

DAB使用了COFDM（編碼正交頻分復用）傳輸方法。COFDM方法是一種寬帶多載波系統，由許多頻譜成正交關系相距很近的副載波構成一個寬帶的系統，每個副載波被數據調制（DQPSK），形成一個窄帶的子信道。整個寬帶系統占據1.536MHz帶寬。可同時傳送6套以上、能達CD質量的立體聲節目以及數據業務。

DAB是30MHz以上的廣播，分為4個頻段：375MHz以下、750MHz以下、1.5GHz以下和3GHz以下。為適應不同的頻段，DAB有4種工作模式（4套不同的工作參數）。不論何種模式，可傳輸經信道編碼后的主業務數據率相同，均為2304kb/s。

1.2.4 世廣衛星數字聲音廣播（WorldSpace）

WorldSpace是總部設在美國的衛星組織，他們已經發射和運營的衛星有Afristar和Asiastar。每個衛星提供約80套的數字廣播節目，有可自由分級的聲音質量，一套節目的數據率最多為1 92kb/s。使用MPEG2.5 Layer3 數據壓縮方法，可以充分有效利用提供使用的轉發器的容量。

世廣衛星數字聲音廣播（WorldSpace）有如下特點：

①作用范圍大。計劃三顆衛星覆蓋整個南半球46億人口，使用大的拋物天線可延伸至北半球。

同現有的模擬廣播系統相比，世廣系統最大幅度地降低了廣播節目的傳輸費用。在建設投資方面與FM廣播相比為1∶189，年費用相比為1∶108。與短波廣播系統相比，投資費和運營費將降低更多。

② 波束多，信道多。每顆衛星3個波束（每個波束的覆蓋面積達140萬平方公里），每個波束有96個基本信道，共288個信道。

③ 高的傳輸質量，使用靈活。

1個基本信道-----------AM質量

2個基本信道-----------FM單聲道質量

4個基本信道-----------FM立體聲質量

8個基本信道-----------CD立體聲質量

更多的基本信道相結合，可傳送數字TV

④ 廣播基礎設施和運行費用要比DAB和短波廣播經濟。

⑤ 接收機便宜。

⑥ 采用頻分復用（FDM）和時分復用（TDM），有效利用頻譜和功率。

⑦是多媒體廣播系統。

1.2.5 美國的數字衛星廣播系統

美國的數字衛星廣播主要有兩家，一個是XM（Satellite Radio）衛星廣播，另一個是Sirius（Sirius Satellite Radio）衛星廣播。

XM廣播電臺于2001年11月15 日正式向美國全境開通數字衛星廣播業務。使用兩個位于美國上空的地球同步衛星，起了兩個阿拉伯名字“Rock”和“Roll”。一個在45°西處于美國東海岸上空，另一個在85°西處于美國西海岸上空。下行頻率是S頻段的2332.5～2345MHz。

XM不需要地面的發射設施就足夠用了。XM使用AACplus壓縮方法，在很低的比特率下有良好感覺的聲音質量。

Sirius衛星廣播電臺在2002年春天利用在橢圓形高軌道上運行的衛星開始向休斯頓、丹佛等4個城市播出數字衛星廣播節目，并逐步將業務擴大到美國全境。該衛星的下行頻率是S頻段的2320～2332.5MHz。Sirius電臺提供60套不帶廣告的原創音樂頻道和40套體育、新聞、訪談和娛樂節目。

1.2.6 日本的數字廣播（ISDB-TSB）

日本數字電視地面傳輸標準ISDB-T中涵蓋了數字聲音廣播業務，因此也把有關聲音的標準內容稱為ISDB-TSB。

ISDB-TSB（Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial for Sound Broadcasting，用于地面聲音廣播的綜合業務數字廣播）系統于1999年11月成為日本的標準。2003年10月開始，東京和大阪兩個電臺在188MHz和192MHz頻段啟用ISDB-TSB。日本地面數字廣播使用頻段為VHF/UHF。

① 音頻編碼系統：MPEG-2 AAC與SBR聯合應用（SBR可選擇使用）。

② 復用系統：采用了MPEG-2系統，數字內容可以是聲音、文本、靜止圖片，運動圖像和數據，可以同時傳輸。

③ 差錯校正系統：采用Reed Solomon（204，188）用于外部信令的編碼，卷積編碼用于內部信令的編碼（卷積編碼率：1/2，2/3，3/4，5/6，7/8）。采用外編碼和不同編碼率的內編碼，是為了兼顧高的編碼效率和強的糾錯能力。考慮到廣播電臺的需要，他們可以選擇系統的載波調制方式和糾錯編碼效率。

④ 傳輸信道編碼系統：應用OFDM方法，它有強的抗多徑傳播干擾的能力。調制方法可以選擇DQPSK，QPSK、16QAM或64QAM。由于希望有不同形式的廣播，載波調制的設置與內碼編碼率的參數是可以變化的。

在該系統中，使用了TMCC（傳輸與復用結構控制）載波，向接收機傳輸了與系統的調制方式與編碼率效率有關的信息。

⑤ 傳輸帶寬與傳輸容量：一種傳輸帶寬主要是使用一個有6/14MHz（約429kHz）的OFDM段，此外，也可以選擇使用有三個OFDM段的傳輸帶寬（1.29MHz），可實現不同音質的聲音廣播。

1.2.7 數字長中短波廣播（DRM）與DRM+

（1）DRM

傳統的30MHz以下的長、中、短波模擬廣播，使用幅度調制（AM），雖然技術很簡單，但抗干擾能力很差，尤其是在短波經常出現干擾，聲音質量差。此外，AM廣播的業務單一。AM廣播自身的缺點和加之其他數字媒體的競爭，其結果是調幅廣播的不景氣，聽眾數量下降。

30MHz以下的廣播波段有其特有的性能，它能實現遠距離和大范圍的覆蓋，是實現地區性、全國性及國際性廣播覆蓋的最好手段之一，而且其良好的快速移動接收特性是其他數字傳播媒體所不能相比的。因此，其他眾多媒體的數字化并不能代替AM廣播的數字化。

數字廣播，一方面可使聲音質量和傳輸效果得到明顯的改善；另一方面，在播出聲音節目的同時，還可以有數據業務，滿足不同受眾的需要；可以通過傳輸附加數據，例如，傳送關于電臺名稱和替換頻率的信息，使接收機的操作變得簡單容易。

對于廣播機構來說，數字廣播會帶來兩個突出的好處，一是發射機的運行費用可以大幅度下降，二是數字廣播的一部發射機可同時播出多套節目，有同步網運行能力，節約頻率資源，可以說是既有顯著的社會效益又有顯著的經濟效益。

DRM系統，用于短波、中波和長波，它可以使用已有的頻率和帶寬，實現高聲音質量與接收質量的可靠覆蓋，是對模擬AM廣播的重大改善。DRM系統充分考慮到了與ITU現有的邊界條件相一致以及與現有的模擬業務的兼容，并保證了由模擬廣播向數字廣播的平滑過渡。

DRM系統在2001年10月被ETSI標準化，并在2002年3月經IEC通過，DRM系統規范正式生效，為AM波段廣播的數字化鋪平了道路。國際上不少廣播機構的部分發射臺，已經從2003年6月16日（日內瓦召開ITU無線電行政大會）開始，正式以DRM數字方式運行，這標志著30MHz以下的廣播新時代的開始。

DRM系統采用了與DAB相似的技術（COFDM），DRM提供調幅廣播的覆蓋范圍、調頻廣播的質量。

DRM系統工作于30MHz以下的長、中、短波段。為了滿足不同的運行條件，提供了不同的傳輸模式供選用。每一種傳輸模式用信號帶寬相關參數和傳輸效率相關參數定義。

DRM可以使用原有的頻道和帶寬（9kHz或10kHz），在頻率規劃允許的情況下也可以擴展占用鄰頻道（或半個鄰頻道）。

2001年4月由ITU推薦的規范包含兩個用于AM波段數字發射的建議，一個是可以用于短波、中波與長波，是由DRM聯盟提出的；另一個是目前只用于中波，是由美國iBiquity提出的IBOC系統，現已被FCC批準為美國標準。

由美國iBiquity建議的IBOC系統（現為美國國家標準，稱為AM HD Radio）不直接與DRM系統兼容，雖然它也應用了OFDM方法，可是兩個系統的OFDM參數差別較大，射頻帶寬也不同。

然而，DRM系統起碼在短波是唯一被使用的系統。DAM系統必將主宰世界范圍內的30MHz以下的AM頻段廣播的市場。

（2）DRM+

2005年3月，DRM組織通過了將DRM技術擴展到在更高頻段的決定，最高直到174MHz的頻率范圍使用，稱為“DRM+”。DRM+包括現行的模擬TV波段I（47～68MHz），OIRT（國際廣播電視組織）FM波段65.8～74MHz，日本FM波段（76～90MHz和國際通用的FM波段II（87.576～107.9MHz）。

近幾年，德國進行了大規模DRM+實驗室測試與開路試驗。DRM+使用COFDM方法，高頻帶寬小于100kHz（目前使用的帶寬為96kHz）。副載波的調制方法考慮選擇QPSK=4QAM、16QAM或64QAM。DRM+的數據率范圍為37.3～186.6kb/s，系統有同步網運行的能力，通過同一個發射機可以發射多達4套節目。另一個優點是與波段II中的頻率間隔兼容。由于DRM+的射頻帶寬限制在100kHz以內，它可以充分利用現有模擬FM廣播的頻率空隙進行數字廣播，也可以與FM節目一起進行同播。

通過使用MPEG-4 HE AAC，也可以在一個頻道中傳輸更多不同的音頻節目。DRM+開辟了新的可能性，例如，多聲道環繞聲的傳輸或節目相關數據等附加信息的傳輸。DRM+不僅是數字聲音廣播傳輸系統，還是一種多媒體系統。

DRM+的數據率起碼可使一套節目達到CD質量；有室內接收，以及以300km/h的速度移動接收的可能性；有使用現有的FM廣播發射網結構的可能性（地方性，地區性，全國性）。

在FM波段中，通過靈活的配置發射功率與發射頻率，DRM+可以實現無干擾接收。通過技術參數例如節目提供者要求的編碼率的改變，對數據率與作用距離可做出調整。DRM+高的頻譜效率[（1.9 b/s）/Hz]確保頻率資源的有效利用。

1.2.8 DVB-H與DVB-SH

（1）DVB-H

DVB-H經ETSI通過，是基于數字電視DVB-T的歐洲的傳輸標準，使用這種標準，可以用小的和/或移動的設備接收數字廣播與電視節目。

眾所周知，DVB-T標準是專門為使用天線（室外天線與拉桿天線）接收和使用傳統的電視機作為接收工具而開發的，是歐洲的數字地面電視標準。與DAB不同，DAB是為高速移動接收而設計的，DVB-T沒有使用時間交織。通過附加的天線花費（分集）DVB-T才可以用于移動接收。

使用小的圖像屏幕接收多媒體業務的發射，從根本上來說導致太多的信息丟失，即不可能有精細的分辨率。8 英寸的顯示屏幕按照CIF標準的分辨率只有352×288個像點。因此，從很多年前已經開始，目標是致力于一個新的DVB標準的開發，以滿足移動接收設備的典型要求，并與DVB-T兼容。而DVB-H（數字視頻廣播—手機接收）標準可以實現這個目標。

DVB-H使用一種窄帶數據流的時間順序傳輸（Time Slicing），根據傳輸業務數據率的不同，在相應不同大小的時間間隔（時間長度），接收機以完整的帶寬（如8MHz）僅接收當時所希望的信息。在其余時間接收機的接收部分關閉。與DVB-T相比，接收設備只對一個數據流解碼，因此可以節約能量。能量消耗降低至100mW以下。

DVB-H與DVB-T是不完全兼容的：一部DVB-H接收機不是絕對的可以用作DVB-T業務，而一部DVB-T接收機不可能用作DVB-H業務（因為它不能識別特殊的參數）。

DVB-H已在很多國家應用，例如，意大利、芬蘭、法國和越南等。

（2）DVB-SH

DVB-SH是在DVB-H之后，為移動電視提供第二個DVB解決方案。DVB-SH（Digital Video Broadcasting-satelite services to handheld devises，用于手持裝置的衛星業務）是基于標準DVB-H和ETSI SDR的傳輸系統，使用與S-DMB相似的技術。系統由地球同步衛星組成。

這一新的廣播標準傳輸的衛星信號，用于移動接收，不要求接收天線精確對準衛星。在人口密集區域，這項技術還包含由用于地面覆蓋空隙填充的轉發器組成的地面網絡，在地面上的轉發站接收衛星信號，然后再地面發射。

DVB-SH服務的主要目標是提供基于IP多媒體服務給移動用戶，主要應用在廣播服務方面。典型的應用可能包括：傳統的無線電廣播和電視節目內容；音頻廣播或者為移動電視制作的視頻內容（如虛擬電視頻道，播客）；數據傳輸，如手機鈴聲、圖案；視頻點播服務；信息服務（如新聞）包括基于位置的服務；互動式服務，通過外部溝通渠道。

DVB-SH系列規范允許為用戶終端開發的產品和服務能夠很容易地DVB-SH和DVB雙模式下運行。特別是參考了DVB-H的情況，DVB-SH允許現行的基于UHF波段的服務通過公用的交叉頻帶擴展到S波段，以減少總的網絡基礎設施成本，并根據頻道/服務的數量進行擴充。

DVB-SH標準為通過混合衛星和地面網絡，在載波頻率低于3GHz的情況下，為多種由簡易天線但是擇向性有限的移動和固定終端設備，傳輸多媒體服務提供了有效的途徑。這些目標終端包括手持設備（PDA、手機），車載式的，攜便式的（筆記本電腦，掌上電腦）和固定終端。

DVB-SH使用S波段的頻率（信道處于2170～2200MHz）。傳輸技術的前項糾錯編碼（FEC）發使用Turbo編碼，DVB-SH是一個組合方案。DVB-SH是Alcatel Lucent公司開發的，該系統要比DVB-H便宜。使用轉發器數量少。DVB-SH從DVB-H演變而來，結合衛星與地面廣播的互補優勢，并具有較高的頻譜效率，低的成本，尤其適合幅員廣大的國家。

DVB-SH有兩種版本：SH-A與SH-B。

版本SH-A：在衛星鏈路和地面鏈路上都使用正交頻分（OFDM）傳輸模式，要求衛星轉發器以線性方式運行。

版本SH-B：以飽和運行的衛星轉發器為目標，在衛星鏈路上使用時分復用（TDM）傳輸模式，地面鏈路上使用（OFDM）傳輸模式。

1.2.9 中國移動多媒體廣播（CMMB）

中國移動多媒體廣播（China Mobile Multimedia Broadcasting，CMMB）系統，是指通過衛星和地面無線廣播方式，供七英寸以下小屏幕、小尺寸、移動便攜的手持終端如手機、PDA、MP3、MP4、數碼相機、筆記本電腦等接收設備，隨時隨地接收廣播電視節目和信息服務等業務的系統。

CMMB系統適用于在廣播業務頻率范圍內，通過衛星和/或地面無線傳輸視頻、音頻與數據信息等多媒體信號。它是一種可在復雜的無線傳輸環境下，面向手持應用的先進傳輸技術。CMMB適合于30～3000MHz的頻率范圍，信道帶寬可以選擇為2MHz或者8MHz，在這樣的帶寬內，可同時提供一路或多路獨立的廣播信道。CMMB適合于30～3000MHz的頻率范圍，信道帶寬可以選擇為2MHz或者8MHz，在這樣的帶寬內，可同時提供一路或多路獨立的廣播信道，系統凈荷2.046～16.243Mb/s。CMMB系統為了滿足不同業務、不同傳輸環境對信號質量的不同要求，信道支持多種編碼與調制方式。

CMMB系統主要通過S波段大功率直播衛星覆蓋全國，同時，利用同頻工作的地面增補轉發器補充覆蓋盲區。為了實現交互，利用地面無線移動通信網絡構建回傳通道。

在發展的初期，CMMB主要是通過地面的工作在UHF的發射機與直放站進行覆蓋。為了覆蓋大的范圍與節約頻譜，可以采用SFN（單頻網）形式，為確保同步網的良好運行，允許網中發射臺之間的最大距離大約15km。

CMMB系統已從2008年奧運前夕正式投入應用。

1.2.10 HD Radio（高清晰度廣播）

美國的數字聲音廣播技術最早是在1992年的國際會議上，以IBOC（In Band on Channel，帶內同頻道）的名稱公諸于世的。IBOC技術系統分為在調頻波段使用的FM-IBOC與在中波波段使用的AM-IBOC。

FM-IBOC的競爭對象是DAB。由于在開始的很多年里，技術尚未成熟，在較長的一段時間中幾乎“銷聲匿跡”。經過改進的AM-IBOC系統建議于2000年年底提交給ITU，2001年4月，DRM系統建議與AM-IBOC系統建議均被ITU通過而向全世界公布AM-IBOC成了DRM的競爭者。在2002年以前，FM-IBOC和AM-IBOC統稱HQ DSB（高質量數字聲音廣播）。鑒于在數字電視廣播中有HDTV（高清晰度電視），為與其相對應，FM-IBOC和AM-IBOC分別更名為FM HD Radio和AM HD Radio，統稱HD Radio（高清晰度廣播）。

HD Radio技術于2002年被美國FCC批準為美國AM與FM波段的數字廣播標準。它在不影響現有模擬廣播的前提下，使用現有模擬廣播的頻譜提供高清晰度的數字聲音廣播與數據業務。HD Radio基于IBOC（帶內同頻道）技術，是由iBiquity Digital公司開發的。

HD Radio的主要優點是：利用現有的頻率；可實現模擬/數字同播運行；低的投資，可擴展性（附加業務與節目），由于較低的工作頻率，容易室內接收。

HD Radio技術系統使用的信源編碼方法是HE AAC-V2，即先進音頻編碼（AAC）與頻帶恢復（SBR）技術、參數立體聲（PS）的聯合，這種編碼方法已在DRM、T-DMB中得到應用。前向糾錯編碼采用的是可刪除型卷積編碼，也與DAB、DRM相同。同時，應用了數字通信中廣泛應用的時間交織與頻率交織技術，減弱由于無線電信道的時間選擇性與頻率選擇性帶來的影響。

HD Radio使用多載波OFDM傳輸方法，這與DAB、DRM也是完全相同的，只是頻譜的安排（帶寬、載波間隔、幅度、調制方法）不一樣。

HD Radio的主要缺點是占用較大的射頻帶寬：FM HD Radio為400kHz，AM HD Radio為30kHz，在我國應用會受到頻率規劃的限制。