淺議DRM數(shù)字廣播系統(tǒng)調制和接收技術

1、淺議drm數(shù)字廣播系統(tǒng)調制和接收技術【摘 要】工作在30mhz以下的drm技術很好地解決 了模擬am廣播的數(shù)字化問題，現(xiàn)已成為數(shù)字am廣播世界性 的標準，但接收終端卻是drm數(shù)字廣播廣泛應用的關鍵。本 文簡析drm數(shù)字廣播系統(tǒng)的同時著重介紹了 drm接收機的硬 件構成及信號解碼還原處理過程?！娟P鍵詞】drm；調制；接收；解碼目前，國際上發(fā)展較為成熟的幾種數(shù)字廣播，即數(shù)字聲 音廣播（dab）、數(shù)字調幅廣播（drm）、數(shù)字衛(wèi)星廣播（dsb）、 網(wǎng)絡數(shù)字廣播等幾種方式。其中數(shù)字衛(wèi)星廣播不能應用在地 面廣播傳輸系統(tǒng)中；網(wǎng)絡數(shù)字廣播依托網(wǎng)絡做為傳播載體； dab是針對30mhz3000mhz頻段聲音廣播

2、數(shù)字化的技術，不 能滿足am廣播頻段數(shù)字化的要求；而工作在30mhz以下的 drm技術很好地解決了模擬am廣播的數(shù)字化問題，現(xiàn)已成為 數(shù)字am廣播世界性的標準，被指定為傳統(tǒng)am廣播的最終代 替者。drm不但保留了 am廣播的傳統(tǒng)優(yōu)點，而且解決了 am 廣播的諸多缺點，如顯著提高了聲音質量，抗干擾能力加強, 且可提供多媒體信息等，更重要的是可實現(xiàn)am系統(tǒng)到drm 系統(tǒng)的平滑過渡。隨著全世界對drm的不斷重視，drm系統(tǒng) 將會逐漸普及。drm系統(tǒng)采用0fdm調制方式，具有多種傳輸模式，適用 于多種信道和帶寬的傳輸方式，可以傳送音頻流及數(shù)據(jù)流。 drm標準同時提供了數(shù)模同播的廣播方案，可以將模擬與數(shù)

3、 字信號同時以同一載波頻率播出，有利于模擬廣播向數(shù)字廣 播的平滑過渡。drm系統(tǒng)主要由三個邏輯通道組成：主業(yè)務通道（msc）、 業(yè)務描述通道（sdc）和快速訪問通道（fac）。fac通道提供信號帶寬、調制方式和交織長度等信息；sdc通道提供如何解調msc、如何找到相同數(shù)據(jù)的其他數(shù)據(jù) 源，以及在復接器中為業(yè)務提供屬性等信息；msc通道包含 音頻或數(shù)據(jù)業(yè)務，通過復接器對不同保護級別的數(shù)據(jù)和音頻 業(yè)務進行復接，msc最多可以包括四路業(yè)務，任何一路都可 以是音頻或數(shù)據(jù)。drm的信源編碼采用先進的aacplus等編碼技術，有效 地提高了信源的壓縮比。信道編碼采用基于卷積編碼的多級編碼（mlc, mult

4、i-level coding）,可以分為標準映射（sm）、對稱分級 映射（hmsym）和混合分級映射（hmmix）三種qam映射類型。 通過交織克服時間和頻率選擇性衰落，根據(jù)信道特性可以選 擇2s的長交織或者0. 4s的短交織。drm在所傳輸?shù)膐fdm碼元中插入了三種導頻信息，可用 于接收機同步、均衡處理。其中頻率導頻主要用于接收機頻 偏的估計，時間導頻用于接收機幀同步的計算，增益導頻用 于接收機信道估計。我國已經(jīng)在部分地區(qū)進行了 drm系統(tǒng)的現(xiàn)場測試，測試 效果令人滿意，這給drm系統(tǒng)的應用奠定了基礎，而接收機 成為drm系統(tǒng)廣泛應用的關鍵。目前，國內外采用的drm接收機大多是基于pc的dr

5、m 軟件接收機，已經(jīng)比較成熟，但其應用范圍終究受到一定限 制。適于廣泛應用的便攜式硬件drm接收機目前還處于初級 發(fā)展階段。而drm系統(tǒng)只有在專用asic推出后才可以迅速 降低接收機的成本，才能有利于drm系統(tǒng)的推廣。根據(jù)數(shù)模同播的要求，drm接收機rf前端采用改造現(xiàn)有 模擬收音機的方法。整合后的接收機既可以收聽模擬信號， 又可以完成數(shù)字信號的處理，這樣就可以適應數(shù)模同播的需 要。數(shù)字接收機接收信號通過模擬收音機前端下變頻到中 頻，將中頻信號引出，經(jīng)過濾波送入ad采樣，從而獲得中 頻采樣數(shù)據(jù)。中頻采樣數(shù)據(jù)通過正交解調得到基帶數(shù)據(jù)。首先通過碼 元同步找到ofdm碼元的起始位置，然后通過fft完成

6、ofdm 信號的解調，將時域數(shù)據(jù)變換到頻域，并利用頻率導頻信息 計算并校正頻率偏差，因為ofdm系統(tǒng)對載波頻偏非常敏感, 經(jīng)過頻率校正后，頻率誤差應小于0.01倍子載波間隔。在 此基礎上，利用時間導頻信息找到drm系統(tǒng)的傳輸幀起始碼 元，此后接收機從傳輸幀起始位置開始進行后續(xù)處理。由于短波信道變化復雜，時域及頻域的選擇性衰落都很 強，造成了接收信號的幅度和相位受到嚴重干擾，在解高階 qam映射時會引入較大的誤差，均衡模塊用來解決上述問題。 drm系統(tǒng)設計了增益導頻，分布在時間一頻率域上，利用增 益導頻的信息進行信道均衡。從均衡后的數(shù)據(jù)中提取fac單元并將其解碼，得到解調 sdc的信息；再提取s

7、dc單元，根據(jù)fac的信息解碼sdc, 得到sdc數(shù)據(jù)實體；最后提取msc,根據(jù)facsdc的信息解碼 msco上述單元分別經(jīng)過解交織、解0am映射、viterbi譯碼、 能量解擾等模塊的處理后，最后將msc解復接后的數(shù)據(jù)進行 音頻譯碼或者數(shù)據(jù)解碼。接收機基帶信號處理部分主要采用arm與fpga聯(lián)合處 理的硬件平臺實現(xiàn)。arm處理器可以在不改變硬件結構的情 況下，通過下載不同的軟件程序實現(xiàn)不同的功能，這樣非常 有利于不同算法的驗證，而且arm公司可以提供處理器內核, 為進一步設計接收機asic奠定基礎。由于arm以half-word (16 bits)為最小處理單位，所以用arm處理器處理比特

8、 流信號會造成處理器資源的浪費，為此針對比特流信號的處 理采用專用邏輯電路實現(xiàn)，在接收機中用fpga實現(xiàn)。這樣, 兩種處理器的特性可以形成互補，使此硬件平臺比較合理。drm系統(tǒng)設計了多種模式，不同模式的碼率是不同的， 在正交解調后需要變碼率輸出；viterbi譯碼器也是以比特 流為處理單位；考慮到這兩個模塊的算法特點及數(shù)據(jù)輸出形 式，將這兩個模塊放在fpga中實現(xiàn)。對于其他處理模塊，特別是同步和均衡模塊是接收機的 關鍵模塊，其性能好壞直接影響接收效果，并且根據(jù)今后現(xiàn) 場測試的情況，其算法存在調整的可能性.因此這些模塊通 過arm實現(xiàn)。需要對算法進行調整時，只需修改軟件程序， 重新載入arm即可

9、，硬件部分無需改動。接收機硬件平臺由adc、fpga、arm、雙口 ram等組成。 fpga 采用 xilinx 公司的 virtexiixc2v500 型芯片；arm 采 用三星公司的s3c4510b型arm7 tdmi芯片；adc模塊采用了 ad公司14-bit的ad9243o fpga與arm之間通過雙口 ram進 行數(shù)據(jù)交互，使用hc245芯片作為地址和數(shù)據(jù)總線的驅動。a/d采樣后的中頻數(shù)據(jù)送入fpga做正交解調；fpga將 解調后的數(shù)據(jù)寫入雙口 ram同時給arm產(chǎn)生中斷信號；arm 響應外部中斷，將數(shù)據(jù)讀入、進行后續(xù)處理。arm在處理完解交織后，將處理后的數(shù)據(jù)寫入雙口 ram, 同時向特定的地址寫控制字，fpga檢測到控制字后，將數(shù)據(jù) 讀入進行viterbi譯碼。fpga將viterbi譯碼結果寫入雙口 ram,向arm發(fā)出中斷信號，arm響應中斷，將數(shù)據(jù)讀入，再 進行后續(xù)處理。drm信號處理時序，arm基帶處理主控制程序流程，依 次進行碼元同步、整數(shù)倍頻偏估計、幀同步及后續(xù)信道解碼 處理。上述過程實現(xiàn)了 drm接收機基帶信道解碼過程。數(shù)字廣播產(chǎn)業(yè)有廣泛的市場前景，drm集團在中國成立 足以說明中國在數(shù)字廣播領域與國際基本同步，隨著全世界 統(tǒng)一的30mhz以下的調幅波段的數(shù)字廣播標準的開發(fā)，不久 的將來 任何一個接收機在世界各地都可以正常工作，都