空中到處是密集的無(wú)線(xiàn)電波。地方性AM和FM電臺依然是各年齡階層人群的主要選擇，早上堵車(chē)時(shí)你會(huì )打開(kāi)廣播，傍晚散步時(shí)你也會(huì )帶上耳機收聽(tīng)。Sirius和XM衛星廣播業(yè)務(wù)也在不斷高漲，現在其用戶(hù)總數剛好超過(guò)1，000萬(wàn)。盡管用的人很少，互聯(lián)網(wǎng)廣播還是在拼命地打廣告。另外，播客也算是另一種形式的廣播吧？

現在，又有一種廣播技術(shù)加入到這個(gè)群體了。這就是HD Radio，雖然免不了有一些困難，這個(gè)出現在美國的數字地面廣播服務(wù)已經(jīng)發(fā)展了好幾年了。隨著(zhù)現在全美國已經(jīng)有數百個(gè)HD Radio無(wú)線(xiàn)電臺開(kāi)始提供音頻服務(wù)，以往那些雞跟蛋的問(wèn)題再也不會(huì )出現了。

你一定認為具有免費高清晰度節目的HD Radio會(huì )深受用戶(hù)青睞。但是這種廣播最終獲得認可卻花了很長(cháng)時(shí)間。即便是現在，也只有少數用戶(hù)知道它的存在。就像衛星廣播那樣，HD Radio也需要一定的時(shí)間來(lái)獲得大家的認可和采用。

HD Radio到底是什么？

HD Radio是一種數字廣播技術(shù)，但是又和衛星廣播有所不同。衛星廣播是直接從工作在2.3GHz頻率范圍的衛星上接收信號，而HD Radio的工作頻率則和當前分配給AM和FM電臺的頻率是一樣的。

利用正交頻分復用(OFDM)數字技術(shù)，HD Radio將新的數字信號放置于現有AM和FM邊帶中的任一個(gè)之上。在A(yíng)M波段上(頻率為530到1705kHz)，常用的模式是同時(shí)聯(lián)播，即將同一個(gè)節目以模擬和數字兩種格式進(jìn)行發(fā)射。以前的廣播將忽略數字內容，而數字廣播則會(huì )接收數字信號。

同時(shí)聯(lián)播也是FM波段(頻率為88到108 MHz)的初始工作模式。一臺HD接收裝置將接收常規的模擬信號和獨立的數字信號。FM HD Radio電臺還具有多播能力�？梢苑指钇鋽底諳FDM載波，并能產(chǎn)生多達8個(gè)的附加廣播信道。從本質(zhì)上講，HD Radio讓你以最小的成本獲取多個(gè)額外的電臺。此外，HD Radio也可以像衛星廣播那樣提供多種節目。但令人驚訝的是，它卻不需要新的頻譜。這將有可能成為一個(gè)電臺的新的廣告收入來(lái)源，盡管其最初的多播服務(wù)是免費的。附加的內容將以更清晰的音樂(lè )和談話(huà)節目吸引新的聽(tīng)眾。

HD Radio將數字技術(shù)的優(yōu)勢帶入了無(wú)線(xiàn)電廣播。命名為高音質(zhì)意味著(zhù)其音頻響應遠遠大于一般AM廣播的5kHz帶寬和FM廣播的15kHz帶寬�，F在，頻率響應得到改進(jìn)的AM HD Radio聽(tīng)起來(lái)更像是FM廣播，而FM廣播就差不多有CD音質(zhì)了。

數字技術(shù)極大地降低了噪音，并且減輕了由多通道引起的信號衰退以及車(chē)載廣播中經(jīng)常會(huì )有的其它影響。其總體質(zhì)量遠遠好于現在的電臺提供的廣播質(zhì)量。而更重要的是這一切都是免費的，你只需要購買(mǎi)一臺接收裝置就夠了。

它是如何工作的？

HD Radio真正的創(chuàng )新之處在于它能夠使用目前分配給模擬信號的同一頻譜來(lái)發(fā)射額外的數字信號。這和在歐洲、加拿大、亞洲和大多數世界其它地方已經(jīng)開(kāi)通了好幾年的數字廣播是不同的。

這一被稱(chēng)為數字音頻廣播(DAB)的系統在174到240MHz VHF和1450到1490MHz這兩個(gè)不同的范圍內采用彼此獨立的頻譜。這種頻譜在美國還未提供，但是有一個(gè)叫做iBiquity Digital的公司開(kāi)發(fā)了HD Radio來(lái)解決美國境內的頻譜問(wèn)題。

iBiquity的這個(gè)系統最初被稱(chēng)為“帶內同頻”(IBOC)系統，開(kāi)發(fā)于1991年，在2002年獲得了美國聯(lián)邦通信通信委員會(huì )的官方認可。該公司聯(lián)合一些廣播設備生產(chǎn)商，花了好幾年的時(shí)間，終于研制成功了發(fā)射器并推進(jìn)了接收器的發(fā)展。

現在我們進(jìn)入了關(guān)鍵性的階段。在美國有600多家電臺采用HD格式廣播。Kenwood、松下、夏普以及其它一些公司已經(jīng)開(kāi)始提供為汽車(chē)提供車(chē)用接收裝置配件，而家用的桌上接收裝置也將出現。HD Radio還有了高端的立體聲接收器。為了不被勝過(guò)，以BMW為首的汽車(chē)制造商正開(kāi)始將HD接收裝置加入其標準產(chǎn)品中。

圖1闡明了HD Radio的概念。它有兩種基本的工作模式：混合模式和全數字模式�；旌夏Ｊ竭\作就是模擬和數字信息同時(shí)發(fā)射。大多數廣播(至少在開(kāi)始的時(shí)候)都會(huì )采用同時(shí)聯(lián)播的方式，相同的內容通過(guò)信號中的模擬和數字部分同時(shí)發(fā)射出去。這種模式確保了舊式的模擬廣播和較新的HD模式廣播可以全面兼容。最終，HD Radio將會(huì )發(fā)展成為全數字模式。

數字內容主要有音樂(lè )或談話(huà)節目，但是HD系統還可以發(fā)射其它的數字信息，例如電臺識別、播放中的歌曲和藝術(shù)家以及節目的名稱(chēng)。

大多數電臺都將會(huì )提供一個(gè)數字節目向導。另外，每個(gè)電臺還能發(fā)射其它可能對當地群眾有幫助的數字信息，例如天氣或交通信息，這些信息有可能是照片或者視頻。信息會(huì )在接收器的LCD顯示器上自動(dòng)滾動(dòng)顯示。

這個(gè)系統如何運行呢？首先，音頻內容由iBiquity的編解碼器進(jìn)行數字化并壓縮，以降低總的比特律和所需傳輸帶寬。然后，該信號與其它待發(fā)射數字數據一起被多路傳輸。

復合信號完成了整個(gè)附加編碼過(guò)程，包括加擾、前向糾錯(FEC)編碼和交錯。加擾過(guò)程將打亂或者說(shuō)“漂白”數據，以防止產(chǎn)生0或1的長(cháng)字符串。FEC編碼，即Viterbi收縮卷積編碼(Viterbi punctured convolutional encoding)，增加了在噪音和衰退情況下信號的可靠性。交錯則提供了時(shí)間和頻率的多樣性，從而有助于改善在信號損失情況下對信號的接收。

該步驟之后，成型的復合數字信息包被送往進(jìn)行OFDM映射和生成。最后，該信號和標準模擬信號一起被發(fā)射出去。出現在頻譜上的數字信息位于常規模擬邊帶值上下。

圖2顯示了用于A(yíng)M和FM的混合格式。留意FCC頻譜模板。在A(yíng)M信號中，正常模擬信號顯示的邊帶與載波頻率偏差為±5kHz。一共有兩套數字通道。主通道頻率范圍為10到15kHz，圍繞載波頻率值上下浮動(dòng)。副通道頻率范圍為5到10kHz，圍繞載波頻率值上下浮動(dòng)。

同樣，第三邊帶的范圍在模擬載波以下±5kHz，或者與之相差四分之一個(gè)周期�？偣灿�81個(gè)OFDM載波，間隔為181.7Hz。主載波采用6?QAM(正交振幅復用)方式，而副載波則采用16QAM。第三邊帶載波則采用正交相移鍵控(QPSK)。當最終音頻帶寬為大約8 kHz時(shí)，數字音頻的位數據流為36kHz。

FM頻譜則更復雜一點(diǎn)。如圖2所示，帶多個(gè)FM邊帶的模擬信號的頻率約為130 kHz，該值圍繞載波頻率值上下浮動(dòng)。包含在OFDM載波中的數字數據的工作頻率為130到200kHz，圍繞模擬邊帶的頻率值上下浮動(dòng)。上下兩個(gè)數字頻譜各包含了10個(gè)分區，每個(gè)分區有18個(gè)副載波。對這些載波的利用取決于所提供服務(wù)的類(lèi)型。也有用于全數字AM和FM模式的頻譜圖，它們與此處所描述的混合模式頻譜圖有所不同。這些未來(lái)可能出現的格式可以在iBiquity和NRSC的文獻資料中看到。

目前大部分廣播(約80%)都屬于FM廣播，而HD Radio將對這個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠的影響。在頻率更高時(shí)，可用帶寬就更大，也就可以實(shí)現更高的數字速率。而AM廣播在長(cháng)傳輸距離情況下有一個(gè)鄰近信道干擾問(wèn)題。

FM傳輸通常限制在大約100英里的視線(xiàn)范圍內，這一點(diǎn)極大地減小了干擾問(wèn)題。它還允許頻率以足夠的間隔在全國范圍內被重新利用。AM在白天是通過(guò)短距離地面波來(lái)傳播，因此干擾是最小的。但是在晚上，電離層的改變使得天波折射信號普遍用于長(cháng)距離傳播。晚上禁止AM HD Radio則可以解決這個(gè)問(wèn)題。

如何設計HD Radio？

如果要設計一個(gè)HD Radio，你必須首先和iBiquity公司取得聯(lián)系以獲得許可信息。

IBiquity公司擁有該技術(shù)的專(zhuān)利，并授權給發(fā)射器和接收器的生產(chǎn)商。它還有完整的測試和認證程序，用來(lái)確保符合NRSC-5A標準。這個(gè)標準由國家無(wú)線(xiàn)電系統委員會(huì )提供，該委員會(huì )是由美國全國廣播工作者協(xié)會(huì )(NAB)和消費電子協(xié)會(huì )(CEA)共同組成的。

雖然HD Radio技術(shù)十分復雜，但是有了現在的IC技術(shù)，制作一個(gè)HD Radio也相對容易了(圖3)。你需要一個(gè)前端或者調諧器將AM和FM信號轉換成中頻(IF)，一個(gè)模數轉換器(ADC)將IF數字化，以及一個(gè)DSP芯片來(lái)處理所有剩下的廣播功能。然后，數模轉換器(DAC)會(huì )驅動(dòng)立體聲功率放大器。另外還需要一個(gè)內置的嵌入式控制器來(lái)運行各項功能，包括調諧功能和LCD顯示。

現在有多種前端調諧器可供選擇。例如，Atmel的T4260 biCMOS芯片就被iBiquity認證為可以用于A(yíng)M/FM車(chē)用或家用桌上廣播。它擁有兩個(gè)RF路徑，一個(gè)用于A(yíng)M，另一個(gè)用于FM。從天線(xiàn)獲得的信號會(huì )輸到混頻器中，這個(gè)混頻器將AM波段向上轉化成一個(gè)范圍在10到25MHz的IF。一般情況下，它最終會(huì )設置為流行的10.7MHz，這樣就有很多陶瓷IF濾波器可供選擇。在FM路徑下，信號被向下轉化到10.7MHz。

一個(gè)鎖相環(huán)(PLL)合成器為兩個(gè)混頻器提供局部振蕩器信號。AM的增量調諧為1kHz，而FM的增量調諧則為12.5/25/50kHz。也提供用于A(yíng)M和FM的獨立快速自動(dòng)增益控制(AGC)塊。增益可以通過(guò)內部DAC來(lái)改變，RF電路的增量為1dB，而IF電路則是2dB。另外還包括了一個(gè)用于調諧和控制的三線(xiàn)串行總線(xiàn)。

Philips半導體的TEF6721HL和Atmel的芯片相似，但是它也包括了31m、41m和49m的短波波段和VHF FM天氣波段。一個(gè)I2C串行接口用于調諧和控制。這兩種IC都要求必需的天線(xiàn)、阻抗匹配和其它的前端組件。

Alps Electric的TDGA2全集成屏蔽調諧器是針對AM和FM波段中的IBOC信號而設計的。輸出為10.7MHz。提供一個(gè)I2C總線(xiàn)用來(lái)進(jìn)行調諧和增益控制及其它控制。來(lái)自調諧器的IF信號接著(zhù)必須在A(yíng)DC中被數字化。Texas Instruments的AFEDRI8201是廣受好評的電路之一。它將10.7MHz IF信號傳送給一個(gè)可編程增益放大器，然后傳送給ADC。這個(gè)12 位的轉換器以80 Msamples/s的速率對IF信號采樣，并給外部DSP芯片提供接口。8201還包括了一個(gè)控制調諧器中AGC的DAC。

DSP執行所有的解壓縮、解交錯、解碼和解調功能。作為用于HD收音機的DSP芯片的主要供應商，TI在其TMS320DRI300/350基帶芯片上編入了所有iBiquity授權HD Radio軟件。它們可以執行所有AM和FM的功能，并能夠進(jìn)行音頻后處理，同時(shí)還支持MP3和Windows Media Audio（WMA）。它們還有用于外部嵌入式控制器、啟動(dòng)EEPROM或閃存以及解交錯DRAM的接口。輸出是針對可兼容DAC而設計的。 盡管TI是目前用于HD的DSP的主要供應商，Philips也在芯片上占有一定的份額。SAF3550 HD Radio數字基帶處理芯片利用了一個(gè)帶有片上高速緩存的強大的ARM946處理核。還包括了可編程基帶輸入及音頻輸出采樣率轉換器，能夠和之前提到的TEF6721HL調諧器兼容。

Philips的SAF7730是一款靈活的帶有音頻DSP的雙IF接收裝置。它為汽車(chē)收音機應用而設計，在一塊芯片上集成了大部分接收裝置。它的可編程性使得設計者們可以產(chǎn)生不同設計。來(lái)自DSP的數字輸出通常會(huì )傳入由多個(gè)來(lái)源提供的外部DAC中。DAC會(huì )驅動(dòng)立體聲功率放大器，這些功率放大器一般是用于汽車(chē)應用的AB類(lèi)線(xiàn)性放大器或者D類(lèi)開(kāi)關(guān)放大器。而這個(gè)產(chǎn)品的最后一個(gè)組成部分則是一個(gè)用于交流操作單元的電源或者一個(gè)用于汽車(chē)電池工作的電源管理芯片。

HD Radio進(jìn)行測試時(shí)需要一個(gè)激勵器，這個(gè)激勵器可以從發(fā)射器生產(chǎn)商Broadcast Electronics或Harris公司處獲得。iBiquity也會(huì )提供有關(guān)于其測試和認證程序的信息。

這些接收裝置面臨的一個(gè)主要問(wèn)題是由DSP和嵌入式處理器引起的電磁干擾(EMI)問(wèn)題。為了減少敏感的RF接受器電路受到的干擾，以及滿(mǎn)足FCC的B類(lèi)輻射測試，大多生產(chǎn)商不得不花費時(shí)間來(lái)設計能將EMI干擾最小化的電路板布局。雖然過(guò)濾可消除大部分干擾，但是在有些情況下還是需要屏蔽保護。

迄今為止，iBiquity已經(jīng)認可了Radiosophy公司的MultiStream HD桌上廣播接收器。這一產(chǎn)品采用了Alps的調諧器和TI的芯片。FM的信噪比是78dB，而AM的信噪比則為50dB。MultiStream的多播能力讓使用者可以從FM信號中選擇多個(gè)數據流。AM和FM天線(xiàn)是內置式的，也可以和外部天線(xiàn)進(jìn)行連接。聲音來(lái)自于帶有4V揚聲器的雙通道8W放大器。128*6?像素帶背光LCD顯示器可以顯示HD標準中規定的時(shí)間、頻率和滾動(dòng)信息。

它的其它有趣特點(diǎn)包括一個(gè)立體聲耳機迷你插口和一個(gè)USB端口，可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和計算機將軟件升級上載到DSP中。它還集成了RCA拾音插座輸出，這個(gè)輸出采用的是Sony/Philips數字接口(S/PDIF)數字格式。一個(gè)S/PDIF Toslink光學(xué)輸出插口將數字音頻直接發(fā)送到一個(gè)帶有更大揚聲器的外部立體聲放大器中。

HD Radio的未來(lái)

HD Radio已經(jīng)問(wèn)世了。遺憾的是只有很少的一批人擁有這種接收裝置，而更多的人甚至還從未聽(tīng)說(shuō)過(guò)它，盡管現在大部分地方的電臺里都已經(jīng)有了這種設備。

正是認識到了這一現象，一些主要的廣播公司已經(jīng)聯(lián)合起來(lái)組成了HD數字廣播聯(lián)盟。這個(gè)組織致力于宣傳HD Radio，并竭力勸說(shuō)汽車(chē)制造商在其標準汽車(chē)無(wú)線(xiàn)電接收裝置上增加HD服務(wù)。而隨著(zhù)更多的家用接收裝置正在普及中，使用者將很快可以嘗試多種新的節目和服務(wù)了。

HD Radio從誕生之日起，就以改善廣播音頻質(zhì)量和接收可靠性為目的，而現在這個(gè)目的已經(jīng)達到了。但是隨著(zhù)新的多播能力(我們稱(chēng)為HD2)出現，電臺也增加了許多新的表演和節目，比如專(zhuān)門(mén)的音樂(lè )頻道和脫口秀。

一旦這幾方面都到位了，HD Radio將會(huì )和衛星廣播進(jìn)行盈利競爭。HD不會(huì )取代衛星廣播，因為衛星廣播畢竟有數百個(gè)節目頻道。但是它將提供更多的本地節目選擇，卻只需負擔一部新接收裝置的價(jià)錢(qián)。我們相信一旦高音質(zhì)這個(gè)詞被眾人所了解，而且接收裝置的價(jià)格也可以為大眾所負擔得起，那么HD Radio的前景將一片光明。