1.2 数字声音广播与数字多媒体广播技术概要

1.2.1 世界上最早的数字声音广播——数字卫星广播（DSR）

世界上最早的数字声音广播是卫星直接广播系统（DSR，数字卫星广播），DSR于1989年8月24日启用，通过卫星DFS1 Kopernikus和TV SAT 2，在德国范围内可以接收16套节目的数据包。1994年TV SAT 2 停止发射，只能通过Kopernikus和德国电信的宽带网接收。开发DSR的目的是，声音信号尽可能以HiFi质量传输，并通过卫星进行分配，听众直接接收。该系统为了使传输容量得到最佳利用，在一个27MHz带宽的转发器上，安排了多达16套立体声节目的数据包的传输。在DSR中，没有考虑数据广播业务。在DSR中传送的各路信号均没有进行数据率压缩。每套节目仅实现A/D转换（32kHz取样频率，16比特量化），多路复合后，进行DQPSK调制，形成基带信号，再变为中频和射频送往卫星。卫星的下行发射频率是12.625GHz。

DSR虽然有最好的声音质量，但由于没有采用数字压缩技术，频谱利用率低。随着科学技术的发展，现在已经有了新的系统（ADR）代替它，基于这种情况，DSR已于1999年1月15日停止运行。

1.2.2 阿斯特拉卫星数字声广播（ADR）

ADR的全称是ASTRA Digital Radio（阿斯特拉数字卫星广播，ASTRA是欧洲卫星广播组织的名称，总部设在布鲁塞尔）。

ADR通过卫星能实现大面积覆盖，如果每个卫星按16个转发器考虑，要比地面DAB提供的传输容量大得多。如果所有的转发器都利用的话，用一个ASTRA卫星，可以传送多至192套立体声节目。与地面广播相比，实现大面积覆盖总的投资和运行费用都是比较经济的。

ADR的优点是频谱利用率高（使用了数据压缩技术），缺点是不适合移动接收，不含数据业务。

1.2.3 数字音频广播（DAB）

（1）特点

DAB的主要特点是：适合于固定、便携和移动接收；可利用地面、电缆和卫星进行覆盖；声音质量可达CD水平；可单频网（SFN）运行，节约频谱；具有极强的抗多径传播引起的衰落能力；DAB属于数字多媒体广播（DMB），可以传输数字声音、数据和视频业务。

（2）DAB发展

DAB来源于欧洲。DAB从1987年起就成为“EUREKA 147”项目，1995年DAB的正式规范（EN300401）出台。从1995年9月开始正式在欧洲和世界范围应用。

DAB是以数字技术为手段，由广播机构向移动、固定或便携式接收机传送高质量的声音节目（可达CD）和数据业务。DAB由于使用COFDM传输方法，合理地选择符号参数及使用相应的调制方法，特别适合于高速移动接收，在最高250km的时速下仍能保证可靠接收。

事实上DAB除了声音信号外，传送任何形式的数据信号都是可能的，例如，广播电文、静止画面、计算机程序等，甚至可以对移动的TV接收机传送电视节目。

从技术上看DMB是对以音频为内容的声音广播标准DAB的扩展。它特别适合于为高速移动的接收机传送活动图像（也可以称为DAB-TV）。视频的信源编码用MPEG-4标准，一套数据率在400kb/s以下的视频节目起码在小的显示器上有可以接受的图像质量。一种附加的差错保护用来保证在移动应用时的传输可靠性。根据差错保护程度而定，传送最多1.5Mb/s的净数据率是可能的，按此考虑，一个带宽为1.536MHz的DAB频率块用来传送三套电视节目和一套音频节目与数据业务是足够用的。

DMB发展了DAB，因此DMB继承了DAB的所有功能。由此可知，将传统的DAB业务和格式，与新的DMB视频业务相结合的混合运行是完全可能的。每个接收机可以辨别出涉及的是什么业务，并且可以决定是否可以应用或不予理睬。

（3）DAB的关键技术

在信源编码方面，DAB应用了MPEG-1 AUDIO Layer2（MUSICAM）。将来加进MPEG-2 AUDIO Layer2半取样频率低比特率编码和多声道绕声编码。在制定DAB标准的时候，选择这种编码方法应该说是合适的。当然，由于压缩技术的飞速发展，现在有了质量更好的压缩效率，更高的信源编码方法。

在信道编码方面，DAB使用的是可删除型卷积编码（约束长度为7，母码的编码率等于1/4），可根据数据的重要性差异及应用环境的不同，选择8/9、8/10、…、8/31、8/32 共24种不同的信道编码率。

DAB使用了COFDM（编码正交频分复用）传输方法。COFDM方法是一种宽带多载波系统，由许多频谱成正交关系相距很近的副载波构成一个宽带的系统，每个副载波被数据调制（DQPSK），形成一个窄带的子信道。整个宽带系统占据1.536MHz带宽。可同时传送6套以上、能达CD质量的立体声节目以及数据业务。

DAB是30MHz以上的广播，分为4个频段：375MHz以下、750MHz以下、1.5GHz以下和3GHz以下。为适应不同的频段，DAB有4种工作模式（4套不同的工作参数）。不论何种模式，可传输经信道编码后的主业务数据率相同，均为2304kb/s。

1.2.4 世广卫星数字声音广播（WorldSpace）

WorldSpace是总部设在美国的卫星组织，他们已经发射和运营的卫星有Afristar和Asiastar。每个卫星提供约80套的数字广播节目，有可自由分级的声音质量，一套节目的数据率最多为1 92kb/s。使用MPEG2.5 Layer3 数据压缩方法，可以充分有效利用提供使用的转发器的容量。

世广卫星数字声音广播（WorldSpace）有如下特点：

①作用范围大。计划三颗卫星覆盖整个南半球46亿人口，使用大的抛物天线可延伸至北半球。

同现有的模拟广播系统相比，世广系统最大幅度地降低了广播节目的传输费用。在建设投资方面与FM广播相比为1∶189，年费用相比为1∶108。与短波广播系统相比，投资费和运营费将降低更多。

② 波束多，信道多。每颗卫星3个波束（每个波束的覆盖面积达140万平方公里），每个波束有96个基本信道，共288个信道。

③ 高的传输质量，使用灵活。

1个基本信道-----------AM质量

2个基本信道-----------FM单声道质量

4个基本信道-----------FM立体声质量

8个基本信道-----------CD立体声质量

更多的基本信道相结合，可传送数字TV

④ 广播基础设施和运行费用要比DAB和短波广播经济。

⑤ 接收机便宜。

⑥ 采用频分复用（FDM）和时分复用（TDM），有效利用频谱和功率。

⑦是多媒体广播系统。

1.2.5 美国的数字卫星广播系统

美国的数字卫星广播主要有两家，一个是XM（Satellite Radio）卫星广播，另一个是Sirius（Sirius Satellite Radio）卫星广播。

XM广播电台于2001年11月15 日正式向美国全境开通数字卫星广播业务。使用两个位于美国上空的地球同步卫星，起了两个阿拉伯名字“Rock”和“Roll”。一个在45°西处于美国东海岸上空，另一个在85°西处于美国西海岸上空。下行频率是S频段的2332.5～2345MHz。

XM不需要地面的发射设施就足够用了。XM使用AACplus压缩方法，在很低的比特率下有良好感觉的声音质量。

Sirius卫星广播电台在2002年春天利用在椭圆形高轨道上运行的卫星开始向休斯顿、丹佛等4个城市播出数字卫星广播节目，并逐步将业务扩大到美国全境。该卫星的下行频率是S频段的2320～2332.5MHz。Sirius电台提供60套不带广告的原创音乐频道和40套体育、新闻、访谈和娱乐节目。

1.2.6 日本的数字广播（ISDB-TSB）

日本数字电视地面传输标准ISDB-T中涵盖了数字声音广播业务，因此也把有关声音的标准内容称为ISDB-TSB。

ISDB-TSB（Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial for Sound Broadcasting，用于地面声音广播的综合业务数字广播）系统于1999年11月成为日本的标准。2003年10月开始，东京和大阪两个电台在188MHz和192MHz频段启用ISDB-TSB。日本地面数字广播使用频段为VHF/UHF。

① 音频编码系统：MPEG-2 AAC与SBR联合应用（SBR可选择使用）。

② 复用系统：采用了MPEG-2系统，数字内容可以是声音、文本、静止图片，运动图像和数据，可以同时传输。

③ 差错校正系统：采用Reed Solomon（204，188）用于外部信令的编码，卷积编码用于内部信令的编码（卷积编码率：1/2，2/3，3/4，5/6，7/8）。采用外编码和不同编码率的内编码，是为了兼顾高的编码效率和强的纠错能力。考虑到广播电台的需要，他们可以选择系统的载波调制方式和纠错编码效率。

④ 传输信道编码系统：应用OFDM方法，它有强的抗多径传播干扰的能力。调制方法可以选择DQPSK，QPSK、16QAM或64QAM。由于希望有不同形式的广播，载波调制的设置与内码编码率的参数是可以变化的。

在该系统中，使用了TMCC（传输与复用结构控制）载波，向接收机传输了与系统的调制方式与编码率效率有关的信息。

⑤ 传输带宽与传输容量：一种传输带宽主要是使用一个有6/14MHz（约429kHz）的OFDM段，此外，也可以选择使用有三个OFDM段的传输带宽（1.29MHz），可实现不同音质的声音广播。

1.2.7 数字长中短波广播（DRM）与DRM+

（1）DRM

传统的30MHz以下的长、中、短波模拟广播，使用幅度调制（AM），虽然技术很简单，但抗干扰能力很差，尤其是在短波经常出现干扰，声音质量差。此外，AM广播的业务单一。AM广播自身的缺点和加之其他数字媒体的竞争，其结果是调幅广播的不景气，听众数量下降。

30MHz以下的广播波段有其特有的性能，它能实现远距离和大范围的覆盖，是实现地区性、全国性及国际性广播覆盖的最好手段之一，而且其良好的快速移动接收特性是其他数字传播媒体所不能相比的。因此，其他众多媒体的数字化并不能代替AM广播的数字化。

数字广播，一方面可使声音质量和传输效果得到明显的改善；另一方面，在播出声音节目的同时，还可以有数据业务，满足不同受众的需要；可以通过传输附加数据，例如，传送关于电台名称和替换频率的信息，使接收机的操作变得简单容易。

对于广播机构来说，数字广播会带来两个突出的好处，一是发射机的运行费用可以大幅度下降，二是数字广播的一部发射机可同时播出多套节目，有同步网运行能力，节约频率资源，可以说是既有显著的社会效益又有显著的经济效益。

DRM系统，用于短波、中波和长波，它可以使用已有的频率和带宽，实现高声音质量与接收质量的可靠覆盖，是对模拟AM广播的重大改善。DRM系统充分考虑到了与ITU现有的边界条件相一致以及与现有的模拟业务的兼容，并保证了由模拟广播向数字广播的平滑过渡。

DRM系统在2001年10月被ETSI标准化，并在2002年3月经IEC通过，DRM系统规范正式生效，为AM波段广播的数字化铺平了道路。国际上不少广播机构的部分发射台，已经从2003年6月16日（日内瓦召开ITU无线电行政大会）开始，正式以DRM数字方式运行，这标志着30MHz以下的广播新时代的开始。

DRM系统采用了与DAB相似的技术（COFDM），DRM提供调幅广播的覆盖范围、调频广播的质量。

DRM系统工作于30MHz以下的长、中、短波段。为了满足不同的运行条件，提供了不同的传输模式供选用。每一种传输模式用信号带宽相关参数和传输效率相关参数定义。

DRM可以使用原有的频道和带宽（9kHz或10kHz），在频率规划允许的情况下也可以扩展占用邻频道（或半个邻频道）。

2001年4月由ITU推荐的规范包含两个用于AM波段数字发射的建议，一个是可以用于短波、中波与长波，是由DRM联盟提出的；另一个是目前只用于中波，是由美国iBiquity提出的IBOC系统，现已被FCC批准为美国标准。

由美国iBiquity建议的IBOC系统（现为美国国家标准，称为AM HD Radio）不直接与DRM系统兼容，虽然它也应用了OFDM方法，可是两个系统的OFDM参数差别较大，射频带宽也不同。

然而，DRM系统起码在短波是唯一被使用的系统。DAM系统必将主宰世界范围内的30MHz以下的AM频段广播的市场。

（2）DRM+

2005年3月，DRM组织通过了将DRM技术扩展到在更高频段的决定，最高直到174MHz的频率范围使用，称为“DRM+”。DRM+包括现行的模拟TV波段I（47～68MHz），OIRT（国际广播电视组织）FM波段65.8～74MHz，日本FM波段（76～90MHz和国际通用的FM波段II（87.576～107.9MHz）。

近几年，德国进行了大规模DRM+实验室测试与开路试验。DRM+使用COFDM方法，高频带宽小于100kHz（目前使用的带宽为96kHz）。副载波的调制方法考虑选择QPSK=4QAM、16QAM或64QAM。DRM+的数据率范围为37.3～186.6kb/s，系统有同步网运行的能力，通过同一个发射机可以发射多达4套节目。另一个优点是与波段II中的频率间隔兼容。由于DRM+的射频带宽限制在100kHz以内，它可以充分利用现有模拟FM广播的频率空隙进行数字广播，也可以与FM节目一起进行同播。

通过使用MPEG-4 HE AAC，也可以在一个频道中传输更多不同的音频节目。DRM+开辟了新的可能性，例如，多声道环绕声的传输或节目相关数据等附加信息的传输。DRM+不仅是数字声音广播传输系统，还是一种多媒体系统。

DRM+的数据率起码可使一套节目达到CD质量；有室内接收，以及以300km/h的速度移动接收的可能性；有使用现有的FM广播发射网结构的可能性（地方性，地区性，全国性）。

在FM波段中，通过灵活的配置发射功率与发射频率，DRM+可以实现无干扰接收。通过技术参数例如节目提供者要求的编码率的改变，对数据率与作用距离可做出调整。DRM+高的频谱效率[（1.9 b/s）/Hz]确保频率资源的有效利用。

1.2.8 DVB-H与DVB-SH

（1）DVB-H

DVB-H经ETSI通过，是基于数字电视DVB-T的欧洲的传输标准，使用这种标准，可以用小的和/或移动的设备接收数字广播与电视节目。

众所周知，DVB-T标准是专门为使用天线（室外天线与拉杆天线）接收和使用传统的电视机作为接收工具而开发的，是欧洲的数字地面电视标准。与DAB不同，DAB是为高速移动接收而设计的，DVB-T没有使用时间交织。通过附加的天线花费（分集）DVB-T才可以用于移动接收。

使用小的图像屏幕接收多媒体业务的发射，从根本上来说导致太多的信息丢失，即不可能有精细的分辨率。8 英寸的显示屏幕按照CIF标准的分辨率只有352×288个像点。因此，从很多年前已经开始，目标是致力于一个新的DVB标准的开发，以满足移动接收设备的典型要求，并与DVB-T兼容。而DVB-H（数字视频广播—手机接收）标准可以实现这个目标。

DVB-H使用一种窄带数据流的时间顺序传输（Time Slicing），根据传输业务数据率的不同，在相应不同大小的时间间隔（时间长度），接收机以完整的带宽（如8MHz）仅接收当时所希望的信息。在其余时间接收机的接收部分关闭。与DVB-T相比，接收设备只对一个数据流解码，因此可以节约能量。能量消耗降低至100mW以下。

DVB-H与DVB-T是不完全兼容的：一部DVB-H接收机不是绝对的可以用作DVB-T业务，而一部DVB-T接收机不可能用作DVB-H业务（因为它不能识别特殊的参数）。

DVB-H已在很多国家应用，例如，意大利、芬兰、法国和越南等。

（2）DVB-SH

DVB-SH是在DVB-H之后，为移动电视提供第二个DVB解决方案。DVB-SH（Digital Video Broadcasting-satelite services to handheld devises，用于手持装置的卫星业务）是基于标准DVB-H和ETSI SDR的传输系统，使用与S-DMB相似的技术。系统由地球同步卫星组成。

这一新的广播标准传输的卫星信号，用于移动接收，不要求接收天线精确对准卫星。在人口密集区域，这项技术还包含由用于地面覆盖空隙填充的转发器组成的地面网络，在地面上的转发站接收卫星信号，然后再地面发射。

DVB-SH服务的主要目标是提供基于IP多媒体服务给移动用户，主要应用在广播服务方面。典型的应用可能包括：传统的无线电广播和电视节目内容；音频广播或者为移动电视制作的视频内容（如虚拟电视频道，播客）；数据传输，如手机铃声、图案；视频点播服务；信息服务（如新闻）包括基于位置的服务；互动式服务，通过外部沟通渠道。

DVB-SH系列规范允许为用户终端开发的产品和服务能够很容易地DVB-SH和DVB双模式下运行。特别是参考了DVB-H的情况，DVB-SH允许现行的基于UHF波段的服务通过公用的交叉频带扩展到S波段，以减少总的网络基础设施成本，并根据频道/服务的数量进行扩充。

DVB-SH标准为通过混合卫星和地面网络，在载波频率低于3GHz的情况下，为多种由简易天线但是择向性有限的移动和固定终端设备，传输多媒体服务提供了有效的途径。这些目标终端包括手持设备（PDA、手机），车载式的，携便式的（笔记本电脑，掌上电脑）和固定终端。

DVB-SH使用S波段的频率（信道处于2170～2200MHz）。传输技术的前项纠错编码（FEC）发使用Turbo编码，DVB-SH是一个组合方案。DVB-SH是Alcatel Lucent公司开发的，该系统要比DVB-H便宜。使用转发器数量少。DVB-SH从DVB-H演变而来，结合卫星与地面广播的互补优势，并具有较高的频谱效率，低的成本，尤其适合幅员广大的国家。

DVB-SH有两种版本：SH-A与SH-B。

版本SH-A：在卫星链路和地面链路上都使用正交频分（OFDM）传输模式，要求卫星转发器以线性方式运行。

版本SH-B：以饱和运行的卫星转发器为目标，在卫星链路上使用时分复用（TDM）传输模式，地面链路上使用（OFDM）传输模式。

1.2.9 中国移动多媒体广播（CMMB）

中国移动多媒体广播（China Mobile Multimedia Broadcasting，CMMB）系统，是指通过卫星和地面无线广播方式，供七英寸以下小屏幕、小尺寸、移动便携的手持终端如手机、PDA、MP3、MP4、数码相机、笔记本电脑等接收设备，随时随地接收广播电视节目和信息服务等业务的系统。

CMMB系统适用于在广播业务频率范围内，通过卫星和/或地面无线传输视频、音频与数据信息等多媒体信号。它是一种可在复杂的无线传输环境下，面向手持应用的先进传输技术。CMMB适合于30～3000MHz的频率范围，信道带宽可以选择为2MHz或者8MHz，在这样的带宽内，可同时提供一路或多路独立的广播信道。CMMB适合于30～3000MHz的频率范围，信道带宽可以选择为2MHz或者8MHz，在这样的带宽内，可同时提供一路或多路独立的广播信道，系统净荷2.046～16.243Mb/s。CMMB系统为了满足不同业务、不同传输环境对信号质量的不同要求，信道支持多种编码与调制方式。

CMMB系统主要通过S波段大功率直播卫星覆盖全国，同时，利用同频工作的地面增补转发器补充覆盖盲区。为了实现交互，利用地面无线移动通信网络构建回传通道。

在发展的初期，CMMB主要是通过地面的工作在UHF的发射机与直放站进行覆盖。为了覆盖大的范围与节约频谱，可以采用SFN（单频网）形式，为确保同步网的良好运行，允许网中发射台之间的最大距离大约15km。

CMMB系统已从2008年奥运前夕正式投入应用。

1.2.10 HD Radio（高清晰度广播）

美国的数字声音广播技术最早是在1992年的国际会议上，以IBOC（In Band on Channel，带内同频道）的名称公诸于世的。IBOC技术系统分为在调频波段使用的FM-IBOC与在中波波段使用的AM-IBOC。

FM-IBOC的竞争对象是DAB。由于在开始的很多年里，技术尚未成熟，在较长的一段时间中几乎“销声匿迹”。经过改进的AM-IBOC系统建议于2000年年底提交给ITU，2001年4月，DRM系统建议与AM-IBOC系统建议均被ITU通过而向全世界公布AM-IBOC成了DRM的竞争者。在2002年以前，FM-IBOC和AM-IBOC统称HQ DSB（高质量数字声音广播）。鉴于在数字电视广播中有HDTV（高清晰度电视），为与其相对应，FM-IBOC和AM-IBOC分别更名为FM HD Radio和AM HD Radio，统称HD Radio（高清晰度广播）。

HD Radio技术于2002年被美国FCC批准为美国AM与FM波段的数字广播标准。它在不影响现有模拟广播的前提下，使用现有模拟广播的频谱提供高清晰度的数字声音广播与数据业务。HD Radio基于IBOC（带内同频道）技术，是由iBiquity Digital公司开发的。

HD Radio的主要优点是：利用现有的频率；可实现模拟/数字同播运行；低的投资，可扩展性（附加业务与节目），由于较低的工作频率，容易室内接收。

HD Radio技术系统使用的信源编码方法是HE AAC-V2，即先进音频编码（AAC）与频带恢复（SBR）技术、参数立体声（PS）的联合，这种编码方法已在DRM、T-DMB中得到应用。前向纠错编码采用的是可删除型卷积编码，也与DAB、DRM相同。同时，应用了数字通信中广泛应用的时间交织与频率交织技术，减弱由于无线电信道的时间选择性与频率选择性带来的影响。

HD Radio使用多载波OFDM传输方法，这与DAB、DRM也是完全相同的，只是频谱的安排（带宽、载波间隔、幅度、调制方法）不一样。

HD Radio的主要缺点是占用较大的射频带宽：FM HD Radio为400kHz，AM HD Radio为30kHz，在我国应用会受到频率规划的限制。