数字广播快问快答:从“有没有载波“到“听上去像噪声“

*****▲*****图注:模拟 AM 是一根连续单频载波;DRM OFDM 是几百个紧密排列的子载波,每个间距 46.875 Hz。"DRM 没有载波"和"DRM 是多载波系统"两种说法都对一半。

术语与概念澄清

Q1. DRM到底有没有载波?OFDM的"多载波"和模拟AM的"载波"是同一个东西吗?

模拟AM时代讲"载波",指一个被音频包络调幅的单频正弦波。DRM在频谱仪上看不到这样一个尖峰,它是OFDM调制,把带宽切成几百个紧密排列的子载波,每个承担一小段数据并用QAM调制。

严格说,DRM并没有那种连续单频载波,但有许多个子载波。"DRM没有载波"和"DRM是多载波系统"两种说法都对一半。准确描述是DRM发射的是正交频分复用信号;以鲁棒模式B、10 kHz占用为例,子载波间距46.875 Hz,密布两百个上下。

工程含义:传统中波"打载波试机"的方法不再成立,激励器输出和频谱形状要靠OFDM分析仪去看。

Q2. "DRM是AM标准还是FM标准",这个二分法准确吗?

模拟时代按调制方式分类,AM(调幅,用于长/中/短波)、FM(调频,用于87-108 MHz)。这套划分套不上DRM。

DRM30(30 MHz以下)部署在传统AM频段,但调制是OFDM-QAM,与模拟AM完全不同;DRM+(30-300 MHz)进入VHF Band I/II/III,调制同样是OFDM-QAM,与模拟FM也无关。

所以在频段层面,DRM30占AM频段,DRM+进FM频段;但在调制方式层面,二者都不是AM、也不是FM。完整描述是DRM是同一族数字广播标准的两个频段变体,物理层都是OFDM。把DRM简单贴成"AM"或"FM"会让台站采购、频率许可、覆盖估算都走偏。

Q3. DRM30和DRM+是同一个标准的两种模式,还是两个标准?

是同一个标准(ETSI ES 201 980)的两个频段变体,不是独立标准。共用部分有OFDM框架、信道编码、复用层、应用层(数据业务、EWF)。差异只在物理层参数:DRM30用鲁棒模式A/B/C/D覆盖长波/中波/短波,DRM+用鲁棒模式E进入VHF。子载波间距、保护间隔、占用带宽随之不同,反映各自要对付的信道。接收芯片实现五种鲁棒模式后,长波到VHF一颗芯片全覆盖。

DRM联盟近年把官方表述规范为"DRM for AM"和"DRM for FM",以避免外界把DRM30/DRM+当成两个独立标准。但"DRM30/DRM+"的旧称在产业沟通里持续存在,本身就说明这两个词具有直观性和生命力。

Q4. 中文语境的"数字广播"到底指什么?CDR、DRM30、DRM+、DAB+是替代还是并存?

国内政策与产业语境的"数字广播"指几件互不重叠的事:

  • CDR(GY/T 268):调频频段(87-108 MHz)的数字音频广播,行标,部分省级电台已部署;GB/T 43020-2023接收机国标也以CDR为对象。

  • DRM30(GY/T 423-2025):长波/中波/短波数字声音广播,行标2025年发布。

  • DAB(GY/T 214-2006):等同采纳Eureka 147的地面数字音频广播系统行业标准,没有上升到GB国标,实际部署有限,后来路线转向CDR。

  • DRM+:30-300 MHz频段(含FM段),国内未单独立标。

按频段互补而不是按时序替代。涉及车载强标、芯片选型、应急广播体系时,要先看讨论的是哪一段。同一个"数字广播"在中波语境和FM语境下指向的是不同的物理层。

物理层设计动因

Q5. CDR数模共播频谱为什么是"中间高峰(FM)+两侧矮平(OFDM)"的形状?

立体声FM经75 kHz峰值频偏调制,加副载波和RDS之后RF占用约250-300 kHz,能量集中在中央。CDR要在同一个FM信道里共播数字信号,几何上只能把数字载波放到FM主能量之外的两翼。

GY/T 268.1的频谱模式9(A类共播):中央300 kHz留给模拟立体声FM,两侧各50 kHz放数字OFDM子带,总占用约400 kHz。频谱仪上就是中央一座FM主峰夹在两块平坦的数字带之间。

频谱模式10(B类共播):中央300 kHz给FM,两侧各100 kHz数字,总占用500 kHz。频谱模式1、22是纯数字模式,子带从-5到+5全部填实,频谱平坦。"两侧鼓中间凹"只在把模拟FM部分滤掉之后看才成立。

*****▲*****图注:CDR 共播频谱实际形状是"中间高峰(FM)+ 两侧矮平(OFDM)"。50 kHz 频率块的几何,是为了让数字信号绕开 FM 主能量。

Q6. CDR的频率块为什么是50 kHz?为什么这样设计?

50 kHz频率块是100 kHz子带的一半。100 kHz子带是基本粒度,与FM频段100 kHz频点间隔对齐,让数字信号与模拟FM频点共址。

50 kHz半子带的设计动因有三:

第一,匹配模拟FM的RF占用。立体声FM加副载波加RDS后RF带宽约250-300 kHz,共播时数字必须放到FM主能量之外的两翼;50 kHz粒度允许"中央300 kHz留给FM、两侧50或100 kHz放数字"的几何成立。

第二,支持灵活的NI组合。NI=1(100 kHz总数字带宽)与NI=2(200 kHz)通过改变半子带的填充方式实现,A类与B类的差异也由半子带在频谱中的位置区分。

第三,给频谱模板留余量。共播时数字带与模拟带需要保护间隔,50 kHz粒度足够容纳。

Q7. DRM30给四种鲁棒模式 + 六种占用带宽,台站到底按什么选?

DRM30鲁棒模式A/B/C/D配六种占用带宽(4.5、5、9、10、18、20 kHz)。选择基于三个变量:

  • 频段许可证:中波/长波信道宽度9或10 kHz;短波允许18/20 kHz双信道捆绑。

  • 信道环境:A用于地波/本地,B应付常规中波/短波,C应付远距离短波多普勒,D应付赤道扰动与电离层散射。

  • 业务密度:4.5/5 kHz是"半信道"过渡场景,9/10 kHz播立体声是底线,18/20 kHz才够多业务并行。

中波18 kHz配置罕见。印度AIR在2007年5月于德里Nangli台(666 kHz, 100 kW)做过一次世界首例中波18 kHz DRM试验,但其30余座MW DRM台目前仍以9 kHz配置为主。工程默认:中波B+10 kHz,短波B或C或D+10或18 kHz。

Q8. OFDM让发射机功放PAPR推到较高水平,这个挑战工程上怎么消化?

OFDM多个子载波叠加,统计上接近高斯分布,DRM实测PAPR通常在7-10 dB(模拟AM约3 dB)。同一台功放要避免进入饱和段,DRM平均输出功率只能开到峰值的1/3量级;照搬模拟功率会让信号严重失真。

工程上对应做三件事:

  • 峰均比抑制:保留若干子载波做峰值削减,或频域削峰滤波;

  • 数字预失真(DPD):对功放非线性建模反向补偿,把工作点推到更高效率区间;

  • 功放选型:按峰值功率而非平均功率选型。

代价是BOM上升、调试复杂;收益是DRM在同等覆盖下平均功率比模拟AM约低5-7 dB(具体随模式与频段),电费与散热同步下降。

与模拟共存

Q9. DRM在中波频段播,会不会干扰相邻模拟台?反过来呢?

中波信道间隔9 kHz(区域1,含中国)或10 kHz(区域2)。DRM30占9/10 kHz时正好填满一个模拟信道,但频谱形状不同:DRM平坦,模拟AM中心能量集中在±5 kHz内。

DRM对相邻模拟台:同等平均功率比较,DRM在邻信道边缘的能量略高于模拟AM。但DRM实际平均功率比同覆盖模拟AM低约6 dB,邻信道串扰净增量在ITU-R BS.1615兼容性曲线之内。

模拟对DRM:模拟邻信道强信号溢出会抬高DRM的本底噪声、降低有效SNR,机理与模拟AM邻道干扰一致。

工程实践:相邻信道至少留一个保护间隔;不得已邻接时,做现场实测,备好发射机滤波器调整或功率回退方案。

Q10. CDR同台模拟FM同时播,怎么避免被自家信号干扰?

CDR数模共播(A类频谱模式)的核心矛盾:FM信道中央300 kHz是模拟FM,两侧才是数字OFDM。两层互不影响,要做四件事:

  1. 频域分隔:中央300 kHz留给模拟FM,两侧才放数字子载波;

  2. 功率比管理:数字总功率比模拟低约14-20 dB(具体由覆盖目标决定),既不压垮模拟又能解码;

  3. 发射机线性化:模拟FM经功放产生的杂散互调会落到数字带内,靠DPD压下去;

  4. 接收端FM干扰消除:CDR接收机芯片专门对消模拟FM残余。

任何一项漏做,结果就是"模拟正常、数字解不出来",共播退回纯模拟。

Q11. SFN(单频网)在CDR和DRM上各自意味着什么?

共同前提:多发射机用同一频率播同一节目,时间差小于OFDM保护间隔则视为有用多径,超出则成符号间干扰。基本约束是频率同步、时间同步(GPS)、节目源同步。

差异在尺度。DRM30 SFN保护间隔最长(鲁棒模式D量级7 ms以上),相邻发射机可相距数百公里,解决远距离覆盖经济性,对应多个低功率站组网替代单座大功率台。DRM+/CDR SFN保护间隔在百微秒到毫秒级,间距数十公里以内,解决本地阴影区填补,对应城市建筑遮挡、山区盲区。

监管含义不同:DRM30 SFN是一个频率覆盖一省一国的资源,CDR SFN是同一城市铺补点。频率许可、回传专网、节目同步要分别设计。

*****▲*****图注:SFN 在 DRM30 与 CDR / DRM+ 上是不同尺度的协同------前者解决远距离覆盖经济性,后者解决本地阴影区填补。

直观印象

Q12. DRM信号"听上去像一片噪声",这个直观印象对吗?

拿模拟AM解调器去听DRM信号,听到的是一段平稳的"沙沙"声,频谱仪上看是平坦连续带状能量。这个印象不意味着DRM是噪声。

OFDM数百个子载波叠加,统计特性接近高斯白噪声(中心极限定理的副产物),这恰是OFDM设计的优点:

  • 能量均匀分布:相邻信道边缘能量低于集中型信号,串扰更可控;

  • 抗多径:能量摊在频域,单点深衰落只损失一个子载波;

  • 抗窄带干扰:窄带干扰只打掉几个子载波,前向纠错还能恢复。

用DRM解调器看DRM信号,每个子载波清晰可分,QAM星座点干净。"听起来像噪声"只在错配解调器时成立。

*****▲*****图注:错配解调器时听到的是"沙沙",用对解调器看到的是结构化的子载波和干净的 QAM 星座点。底层结构其实比模拟 AM 远更细密。

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