摘要  2013年8月國家廣電總局頒布了調頻頻段數字音頻廣播標準，給出了我國調頻頻段廣播數字化的方案，為了了解系統的傳輸性能及其在我國實(shí)際播出環(huán)境及廣播頻道規劃條件下，與鄰頻道廣播電臺之間相互干擾的情況，需要對其傳輸性能進(jìn)行實(shí)驗室測試和場(chǎng)地測試。本文主要探討了實(shí)驗室性能測試的相關(guān)技術(shù)和方法。
關(guān)鍵詞 調頻頻段數字聲音廣播，FM-CDR，實(shí)驗室測試

    1 引言
    2013年8月國家廣電總局頒布了調頻頻段數字音頻廣播標準[1]，給出了我國調頻頻段廣播數字化的方案，為了了解調頻頻段數字音頻廣播系統的傳輸覆蓋性能及其與宿主模擬廣播、鄰頻道模擬廣播電臺之間的干擾情況，國家廣電總局廣播科學(xué)研究院對此系統的傳輸性能進(jìn)行了實(shí)驗室測試和場(chǎng)地測試，本文主要介紹實(shí)驗室性能測試的有關(guān)技術(shù)和方法，在文章中，對我國調頻頻段數字音頻廣播系統簡(jiǎn)稱(chēng)為FM-CDR系統。
    2 調頻頻段數字音頻廣播系統簡(jiǎn)介
    與目前世界上已有的調頻頻段數字聲音廣播系統HD Radio[2]和DRM[3]類(lèi)似，FM-CDR也采用正交頻分復用計數（OFDM），頻道間隔設計為100kHz。FM-CDR的信號帶寬為100kHz或者200kHz，其信號的頻譜示意圖如圖1和圖2所示。可以看出，FM-CDR的頻譜分為兩大類(lèi)：（1）數字信號的帶寬連續，信號帶寬可以為100kHz或者200kHz。（2）數字信號的帶寬不連續，但數字音頻廣播信號的總帶寬為100kHz或者200kHz，數字信號之間的頻譜間隔為300kHz或者200kHz，在兩個(gè)數字信號之間的頻譜上可用于放置模擬立體聲調頻廣播或者模擬單聲道調頻廣播。
    可以看出，FM-CDR系統提供了靈活的頻譜模式，現有的FM廣播電臺可以根據自己臺站及周邊臺站的實(shí)際情況選擇第二種頻譜模式和數字信號的帶寬，即可以在原有模擬廣播的兩側放置數字信號，進(jìn)行數模同播，這樣既可以不改變用戶(hù)的收聽(tīng)習慣，又可以使得使用模擬FM接收機仍可以聽(tīng)到模擬節目，而具有數字音頻廣播解調功能的接收機在檢測到數字信號時(shí)可自動(dòng)播出該頻道的數字節目，運營(yíng)商和用戶(hù)均可以實(shí)現模擬到數字的平滑過(guò)渡。模擬調頻廣播的內容可以與數字音頻廣播的內容一致，也可以不一致。第一種頻譜模式則可以在模擬廣播全部數字化以后或者頻譜資源不緊張的地區采用。
    3 實(shí)驗室性能測試
    實(shí)驗室性能測試是在實(shí)驗室內搭建FM-CDR傳輸系統，通過(guò)在傳輸系統中加入各種噪聲或干擾，模擬各種現場(chǎng)接收環(huán)境，用專(zhuān)用的測試儀器對被測系統的各項性能進(jìn)行測試。此次測試著(zhù)力于回答以下問(wèn)題：
    1.FM-CDR系統的傳輸性能如何？ 
    2.數字邊帶的注入是否對原有的調頻模擬廣播產(chǎn)生影響？
    3.數字音頻廣播與鄰頻道調頻模擬廣播之間的干擾情況如何？
    4.數字音頻廣播與鄰頻道數字音頻廣播之間的干擾情況如何？
    針對這四個(gè)問(wèn)題，實(shí)驗室性能測試項目主要包括：
    （1）FM-CDR系統在高斯白噪聲信道下的載噪比門(mén)限
    （2）FM-CDR接收機的最小信號電平
    （3）FM-CDR系統在多徑信道環(huán)境下的性能
    （4）FM-CDR系統抗相位噪聲、脈沖干擾和單頻干擾的性能
    （5）數模同播方式時(shí)數字邊帶對宿主模擬調頻廣播的干擾
    （6）FM-CDR對同頻道、鄰頻道模擬調頻廣播的保護率
    （7）模擬調頻廣播對同頻道、鄰頻道FM-CDR的保護率
    （8）FM-CDR對同頻道、鄰頻道FM-CDR的保護率
    在測試中，用誤比特率BER作為數字音頻廣播系統傳輸性能測試的差錯判據，借鑒目前國際相關(guān)技術(shù)標準如DRM+、HD Radio等采用的客觀(guān)差錯判據，以及前期有關(guān)DRA誤碼敏感性的初步分析結果，進(jìn)一步考慮到測試時(shí)間的限制，不失代表性，在測試中選用作為客觀(guān)差錯失敗門(mén)限。由于接收機在正常測試時(shí)具有保持功能，測試中在尋找接收門(mén)限點(diǎn)時(shí)采取在接收失效情況下逐步改善接收條件（如降低噪聲和干擾）直至接收正常的方法。由于接收機軟件可以輸出全1碼流的誤比特率，因此測試用的數字信號源選用全1的比特流。
    在測試中涉及到模擬調頻廣播音頻質(zhì)量的測試時(shí)，則以音頻加權準峰值信噪比WQPSNR作為模擬音頻質(zhì)量指標，以WQPSNR=56db作為良好接收質(zhì)量標準，以WQPSNR=50db作為音頻質(zhì)量劣化的下限標準，并以主觀(guān)評價(jià)為輔助的測試手段。
    在測試中，除了與模擬調頻廣播有關(guān)的測試項激勵器選用數模同播的方式外，其余的測試項激勵器均選用純數字方式。
    3.1 FM-CDR系統在高斯白噪聲信道下的載噪比門(mén)限
    高斯白噪聲信道下的載噪比門(mén)限是FM-CDR系統最基本的性能指標，它是指接收機達到失效判據時(shí)信號功率與噪聲功率的比值（單位：dB），測試框圖如圖3所示。
    在圖3中，復用器等前端設備包括音頻源、DRA編碼器和復用器，在測試中調頻頻段數字音頻廣播激勵器選用測試模式，此時(shí)激勵器可以產(chǎn)生全1的碼流，但是激勵器的傳輸模式、頻譜模式及編碼調制方式需要由復用器來(lái)設置。
    白噪聲信道下的載噪比門(mén)限測試方法是：（1）關(guān)閉高斯噪聲發(fā)生器噪聲發(fā)生功能，調節可調衰減器衰減量，使接收機的輸入功率為較大值（如-70dBm），使用頻譜分析儀功率測量功能測量并記錄此功率值C，單位dBm；（2）打開(kāi)高斯噪聲發(fā)生器噪聲發(fā)生功能，逐漸增加高斯白噪聲的功率（精度不低于0.1dB），直到在規定的觀(guān)測時(shí)間間隔內誤碼分析儀統計的BER達到失敗門(mén)限，關(guān)閉調制器輸出，使用頻譜分析儀功率測量功能測量并記錄噪聲功率值N，單位dBm；（3）計算并記錄系統載噪比門(mén)限C/N，單位dB。
    3.2 FM-CDR接收機最小信號電平
    最小信號電平是指在在無(wú)噪聲條件下，接收機達到失敗判據時(shí)的輸入信號電平。最小信號電平主要用于評估FM-CDR接收機的靈敏度，其測試框圖如圖4所示，圖中在接收機前端加入固定衰減器是因為當接收機的最小信號電平較低時(shí)，超過(guò)了頻譜分析儀的測量精度，所以在接收機前端加一個(gè)衰減值已知的固定衰減器，保證測量值的可靠性。
    最小信號電平的測試方法是：逐步增加可調衰減器的衰減量（精度不低于0.1dB），直至在規定的觀(guān)測時(shí)間間隔內誤碼分析儀統計的BER達到失敗門(mén)限，使用頻譜分析儀功率測量功能測量并記錄接收機輸入端輸入功率（電平）c，單位dBm，則接收機的最小信號電平為c減去固定衰減器的衰減值。
    3.3 調頻頻段數字音頻廣播系統在多徑信道環(huán)境下的性能
    此項測試為了評估FM-CDR系統在典型多徑信道條件下的性能。系統在多徑信道條件下的性能一方面取決于系統在設計時(shí)為輔助接收機接收提供的手段，如導頻圖樣等；另一方面取決于接收機如何利用系統提供的輔助信息來(lái)進(jìn)行信道估計、均衡的具體算法，如主徑判定、導頻濾波與插值等，即本項測試的結果與接收機實(shí)現存在密切關(guān)系。
    在多徑信道環(huán)境下的性能測試包括靜態(tài)多徑下的載噪比門(mén)限和動(dòng)態(tài)多徑下的載噪比門(mén)限測試。測試中選用的多徑信道模型包括9種信道模型，其信道參數來(lái)源于USADR和DRM系統中傳輸模式E使用的城市、鄉村、地表遮掩模型以及COST207的部分模型。多徑信道環(huán)境下的系統性能測試框圖見(jiàn)圖5。