FM IBOC数字声音广播系统介绍

下面对现有的美国FM IBOC系统作以简要的介绍：

IBOC数字声音广播系统的分层模型

IBOC系统采用基于开放系统互联参考模型ISO OSI（International Standards Organization Open Systems Interconnection）标准的分层模式，IBOC系统的协议层实际上共分为5层，分别为：物理层、数据链路层、传输层、编码层和应用层，它与开放系统互联参考模型ISO OSI标准的对应关系如表2所示：

表2

IBOC系统的数字节目业务类型

FM IBOC支持几种不同的数字节目业务，其中包括主节目业务MPS（Main Program Service）、电台信息业务（Station Information Service）、高级应用业务（Advanced Application Service）。
其中，MPS提供的是模拟以及数字声音广播内容以及与该节目相关的文本信息，SIS提供所需的控制和鉴别信息使得观众能够搜寻和选择IBOC数字无线电台和他们支持的业务，AAS可以提供诸如音频点播、阅读消息以及交通信息播报等业务，事实上，AAS允许了不限定数量的定制在未来的任意时刻加入。同时还可能包含个人数据业务PDS，提供听众所需的个性化有价值的数据业务。

IBOC频谱及波形

在FM IBOC系统中，共有三种基本的数字广播方式，它们是混合方式Hybrid、增强型混合方式Extended Hybrid、全数字方式All Digital。这三种广播方式中的数字信号均采用正交频分复用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）调制方式，因此可以实现灵活的频谱划分。每一种方式的频谱结构均有频谱边带组成，每个边带代表不同的子载波群。下面先介绍一下FM IBOC系统的基带频谱划分。

IBOC基带频谱以0Hz为中心，左起从-198.402KHz至右198.402KHz，整个频带共分为1093个子载波，由左至右子载波一次编号为-546至546，子载波间隔 。每19个子载波组成一个频谱子块，其中18个为数据子载波，用来传输数字节目信息，另一个为参考子载波，用来传输系统控制信息。频谱字块根据参考载波的位置不同可以分为A、B两种方式，如图3A和3B所示：

图3A 频率子块的载波分配方式A

图3B 频率子块的载波分配方式B

整个基带频谱以参考子载波#0为中心，分为上、下两个边带，对称分布。每个边带中远离中心子载波的14个频谱子块组成主边带，靠近中心子载波的频带组成次边带，次边带中同样包含14个频谱子块，所以整个IBOC基带频谱共有56个频谱块：除了每个频谱子块中有一个参考子载波外，整个频谱中还有5个附加的子载波：-546、-279、0、279、546。此外，上、下边带的次边带中靠近主边带处各有12个子载波（与 279参考子载波顺序排列），不能形成一个频谱子块，所以实际上这24个子载波并没有用到。

FM IBOC基带频谱上、下边带的子载波分配入图4A和图4B所示：

图4A FM IBOC基带频谱上边带子载波分配

图4B FM IBOC基带频谱下边带子载波分配

按照频谱划分的不同，FM IBOC系统的三种基本广播方式，分别对应于Layer 1的三种发送波形，以便于灵活地从模拟广播系统过渡到数字广播系统，IBOC的三种广播方式都有具体的频谱发送模型，在测试中，每种方式的发射试验都表现出良好的效果，得到FCC的认可。

Hybrid（混合方式）：

Hybrid广播方式是在与模拟信号的兼容性上要求相对较低的一种方式。数字信号在模拟FM信号两边的主边带上传输，如图5所示，仅使用了每个主边带中距离中心子载波最远端的10个频谱子块（FP），称为PM频带，所占用的频谱范围为-[page]198.402～-129.361KHz以及129.361～198.402KHz。每个PM频带的发送功率都比模拟FM信号总发射功率低23dB左右。频谱中-129.361～129.361KHz的范围是保留给模拟信号的，可以是单音信号或立体声信号，也可能包含辅助通信认证（SCA）信道。

图5 混合方式Hybrid的频谱

Extended Hybrid（增强型混合方式）：

Extended Hybrid广播方式的数字信号频带是在Hybrid波形的基础上向模拟FM信号的频带扩展1、2或4个频谱子块，扩展的频谱子块的个数可以根据广播电台业务容量的需要来选择，从而增加了数字信号信道容量。扩增的频谱子块，分布在每个主边带的内侧，称为主扩展频带（PX频带）。图6即为Extended Hybrid的频谱结构：

图6 增强型混合波形Extended Hybrid的频谱