DRM 发射端链路图(上)

导语

本号此前发过《读懂一台 DRM 接收机：从射频到声音，沿着物理链路看参数》。那一篇讲的是接收端，从天线进来的电磁波怎么一步步变回声音。

这一组两篇是它的发射端姐妹篇，方向相反，从音频源走到天线。一张完整的链路图盖住十二个节点，每个节点上的信号是什么形式、典型工程参数在哪个量级、关键设计权衡是什么。

上篇讲数字处理段：节点 1 到节点 7。从音频源进来，经过编码、多路复用、OFDM 调制，到激励器输出一段标准 DRM 频段内的低功率射频信号。这一段的工程对象是数字信号和小信号 RF，核心设备是媒体编码器、调制器、激励器。

▲图：DRM 发射端的数字处理段，节点 1 到节点 7。

下篇讲 RF 功率段：节点 8 到节点 12 + 系统扩展能力。

链路总览

DRM 系统的发射链路标准化在 ETSI ES 201 980 里。整条链路在功能上分三个大段：

第一段是内容编码与多路复用，把音频源和数据流变成一段连续的数字比特流。这一段在工程上对应"媒体编码器"这个设备。

第二段是调制与信号生成，把数字比特流贴在 OFDM 载波上，输出一段标准 DRM 频段内的射频信号。这一段在工程上对应"调制器"和"激励器"这两个设备（在新一代产品里通常合在一台机器里）。

第三段是功率放大与发射，把激励器输出的低功率射频信号放大到几百瓦或几千瓦级别，经过滤波、阻抗匹配、馈线，最后从天线辐射出去。这一段在工程上对应"功率放大器"加"天线系统"。

上篇覆盖第一段和第二段，节点 1 到节点 7。下篇覆盖第三段，节点 8 到节点 12。

第一段：从音频源到 DRM 多路复用帧

节点 1：音频源

输入端可以是模拟音频（标准模拟接口 AES3 数字音频 / 模拟立体声平衡线）或者数字音频流（IP 网络上的 RTP 音频）。国内中短波广播实际部署里，节目通常通过卫星节传送到发射台站，再接入发射端的音频输入。

节点 2：USAC 音频编码

DRM 标准里的音频编码用 USAC(Unified Speech and Audio Coding)。这是一种低比特率高质量音频编码，针对人声和音乐都做了优化。在 DRM 30（中短波频段）里，USAC 把音频压到 8 到 20 kbit/s 就能保持可懂度；在 DRM+（VHF FM 频段）里，USAC 可以跑到 37 kbit/s 以上，达到接近 FM 立体声的听感。

USAC 是 DRM 当前推荐的音频编码。早期 DRM 标准里曾经支持 HVXC（人声专用）和 CELP（窄带语音）两种额外编码，现在主流部署都用 USAC。

节点 3：数据流注入

DRM 不仅播音频。链路里允许并行注入多种数据流：

• 结构化文本：类似收音机上看到的滚动文字 / 歌曲信息，可以多语言并行

• 交通信息(TMC, Traffic Message Channel)：标准化的交通事件编码

• 图像/幻灯片：低帧率的图片更新（电台台标、广告、节目相关图）

• EWF(Emergency Warning Functionality)紧急预警：触发后能让接收机自动跳到预警频道

• GPS/差分定位电文：本号《长江口的下一站》里讲过的应用场景

这些数据流和音频共同进入下一节点。

节点 4：DRM 多路复用帧

进到这里之后，所有音频和数据被打包成 DRM 标准的多路复用帧。一个标准 DRM 帧由三个逻辑信道组成：

• MSC(Main Service Channel)主业务信道：装承载内容的大头，包括音频流和数据流。可以按高保护 / 低保护两级编码

• SDC(Service Description Channel)业务描述信道：装关于这个频段、这一帧、这一时刻的元数据：节目名、频段配置、备用频率、地理位置等

• FAC(Fast Access Channel)快速接入信道：装最关键的几个参数(DRM Mode、频段、星座阶数)，接收机一开机最先解出 FAC 才能解后面的 MSC/SDC

三个逻辑信道在物理层上交织。基本单位是 400 毫秒的传输帧(Transmission Frame)，三个传输帧组成一个 1.2 秒的传输超帧(Transmission Super-Frame)，重复发射。一个标准 DRM 信道内总共约 200 个 OFDM 子载波，每一个子载波都要被发射机准确传输------这意味着发射机必须满足严格的带宽、群延迟和噪声规格。

这一段的设备总称是"媒体编码器"。它是 DRM 发射端的大脑。

第二段：OFDM 调制与 Mode 选择

节点 5：Mode 选择

DRM 标准定义了五种工作模式(Mode)，对应不同的物理层参数。Mode 选择决定了同一段链路上后面所有节点的工作方式。

Mode	典型频段	信道带宽	鲁棒性目标	典型用途
A	LF/MW 长中波	9/10 kHz	地波+弱多径	中波本地覆盖
B	MW/HF 中短波	9/10 kHz	天波+中等多径	远距离
C	HF短波	10kHz	强多径+弱多普勒	跨区域
D	HF短波	10kHz	极强多径+强多普勒	跨大洋
E	VHF Band II(FM频段)	96/100 kHz	移动接收+多径	城市覆盖+车载

Mode E 通常被叫作 DRM+，工作在 FM 频段上。前四个 Mode 工作在 30 MHz 以下。

Mode 越靠后(C/D/E)，物理层抗干扰能力越强，但同样带宽下的可用比特率越低。笔者此前写过《DRM 发射参数怎么选》详细讨论过 Mode 选择的工程权衡。

节点 6：OFDM 调制器

DRM 用 COFDM(Coded OFDM，编码正交频分复用)作为物理层调制。这一节点把多路复用帧里的比特流分配到一组载波上：

• Mode A 一个 10 kHz 信道里塞 226 个 OFDM 子载波

• Mode B 同样 10 kHz 信道里子载波数量减少到 206，每个子载波间距更宽，对多径更鲁棒

• Mode E 100 kHz 信道里子载波数量上千

每个子载波承载的星座可以选 4-QAM、16-QAM、64-QAM。星座阶数越高，每个载波装的比特数越多（吞吐量越高），但抗噪能力越差。这是 DRM 第二个关键权衡。

调制器还插入一组导频（pilot）符号在固定的子载波位置。导频不携带信息，只是为接收端做信道估计、时钟同步和频率偏移修正用。

输出是一段基带数字信号，按 OFDM 符号节奏排列。

节点 7：激励器

激励器把 OFDM 调制器的数字基带信号转成模拟射频信号。现代激励器一般是全数字 DDS（Direct Digital Synthesis）架构，整套数字到模拟的转换在一颗芯片或一块板上完成。激励器的输出是一段几毫瓦到几瓦量级的射频信号，频率已经在 DRM 工作频段内（中短波或 VHF）。

DRM 信号本身是一种复合信号。它同时携带振幅调制和相位调制------OFDM 各个子载波的相对幅度和相对相位都承载信息。这一点跟传统 AM（只调振幅）和传统 FM（只调相位）都不一样，对 PA 提出了更复杂的要求。

为了让高效 AM 发射机（PDM 类、D 类或类似架构）也能播 DRM，激励器在工程实践里通常把 DRM 信号拆成两路输出：

• 一路是振幅分量(envelope/amplitude component)，接到发射机原来的"音频输入"端

• 另一路是相位调制 RF 信号(phase-modulated RF carrier)，接到发射机原来的"RF 输入"端，取代原来的载波源

这两路在 PA 处必须精确同时到达。激励器一般提供三个关键调整参数来实现两路同步与精度：

• Envelope/Carrier delay：补偿振幅分量和 RF 相位调制分量之间的传输延迟差

• Envelope DC offset：补偿振幅分量的直流偏置，正向和负向都可调

• Envelope gain：补偿振幅分量的总增益

除了两路同步之外，激励器还做一组数字预纠正(digital pre-correction)：

• 非线性补偿：在数字域预先对信号做反向扭曲，抵消 PA 的非线性失真

• 相位对齐：补偿信号链不同频点的相位失配

• 滤波器补偿：补偿后级滤波器引入的幅频 / 相频不平坦

• PAPR/crest factor 控制：在不显著损害解调性能的前提下，把瞬时峰值压低

PAPR（Peak-to-Average Power Ratio，峰均比）是 OFDM 信号的固有问题。多个子载波偶然同相叠加时产生高瞬时峰值，平均功率可能只占峰值的几分之一。控制 PAPR 是激励器到 PA 这一段最关键的工程任务。

激励器到 PA 的物理接口有三种标准形式，对应不同的发射机架构：

• Digital I/Q：以数字 I/Q 数据流形式给出，PA 自带 D/A 和上变频

• Amplitude/Carrier：振幅+相位 RF 两路分离输出，对接高效 AM 类发射机

• Direct RF：直接给出完整 RF 信号，对接传统 AB 类线性 PA

调制器和激励器在工程上通常用 MDI（Multiplex Distribution Interface）协议从内容服务器接收数据，意味着内容服务器可以离调制器很远，通过以太网把数据流送过来。这种远端制造、近端发射的架构，降低了模拟基带信号在长距离传输里受干扰的风险。

行业典型的调制器板对 DRM 频谱掩模(spectrum mask)和 MER(Modulation Error Ratio)有内置合规设计，"shoulders"(频谱肩部抑制)能做到比 DRM 标准规范严 7 dB 左右------多出来的余量允许在不超出掩模的前提下提高 DRM 输出功率。

上篇小结

节点 1 到节点 7 走完，DRM 信号已经从演播室的音频信号变成了激励器输出的低功率射频信号。这一段在工程上是数字处理与小信号 RF：

• 主要设备：媒体编码器 + 调制器 + 激励器(新一代产品里通常合在一台机器里)

• 信号形态：从 PCM 音频，经过编码比特流、多路复用帧、OFDM 符号，到最终的几毫瓦到几瓦 RF 信号

• 核心工程权衡：Mode 选择（吞吐量 vs 鲁棒性）、QAM 阶数（比特数 vs 抗噪）、PAPR 控制（峰值压制 vs 解调性能）

到这里为止，DRM 发射机的数字段已经完整。下篇接着讲模拟功率段------把激励器输出的几瓦信号放大到几千瓦到几百千瓦，经过滤波、阻抗匹配、馈线，从天线辐射出去。

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参考资料

• ETSI ES 201 980《Digital Radio Mondiale (DRM); System Specification》V4.2.1（2021-01）

• ETSI TS 102 349《Digital Radio Mondiale (DRM); Receiver Status and Control Interface (RSCI)》

• ETSI TS 101 968《DRM Data Application Directory》

• ETSI TS 102 668《Traffic Message Channel (TMC) transmission over DRM》

• DRM Consortium 官方技术文档《DRM at a Glance》

• 本号历史内容：《读懂一台 DRM 接收机：从射频到声音，沿着物理链路看参数》、《DRM 发射参数怎么选：一份工程权衡指南》、《拆开一个功放模块：固态中波发射机的工作原理》、《MDCL：不换设备，不降功率》