淺議DRM數(shù)字廣播系統(tǒng)調(diào)制和接收技術(shù)

1、淺議drm數(shù)字廣播系統(tǒng)調(diào)制和接收技術(shù)【摘 要】工作在30mhz以下的drm技術(shù)很好地解決 了模擬am廣播的數(shù)字化問(wèn)題，現(xiàn)已成為數(shù)字am廣播世界性 的標(biāo)準(zhǔn)，但接收終端卻是drm數(shù)字廣播廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。本 文簡(jiǎn)析drm數(shù)字廣播系統(tǒng)的同時(shí)著重介紹了 drm接收機(jī)的硬 件構(gòu)成及信號(hào)解碼還原處理過(guò)程。【關(guān)鍵詞】drm；調(diào)制；接收；解碼目前，國(guó)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(diào)幅廣播（drm）、數(shù)字衛(wèi)星廣播（dsb）、 網(wǎng)絡(luò)數(shù)字廣播等幾種方式。其中數(shù)字衛(wèi)星廣播不能應(yīng)用在地 面廣播傳輸系統(tǒng)中；網(wǎng)絡(luò)數(shù)字廣播依托網(wǎng)絡(luò)做為傳播載體； dab是針對(duì)30mhz3000mhz頻段聲音廣播

2、數(shù)字化的技術(shù)，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(shù)很好地解決了模擬am廣播的數(shù)字化問(wèn)題，現(xiàn)已成為 數(shù)字am廣播世界性的標(biāo)準(zhǔn)，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(diǎn)，而且解決了 am 廣播的諸多缺點(diǎn)，如顯著提高了聲音質(zhì)量，抗干擾能力加強(qiáng), 且可提供多媒體信息等，更重要的是可實(shí)現(xiàn)am系統(tǒng)到drm 系統(tǒng)的平滑過(guò)渡。隨著全世界對(duì)drm的不斷重視，drm系統(tǒng) 將會(huì)逐漸普及。drm系統(tǒng)采用0fdm調(diào)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(biāo)準(zhǔn)同時(shí)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(hào)同時(shí)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(guò)渡。drm系統(tǒng)主要由三個(gè)邏輯通道組成：主業(yè)務(wù)通道（msc）、 業(yè)務(wù)描述通道（sdc）和快速訪問(wèn)通道（fac）。fac通道提供信號(hào)帶寬、調(diào)制方式和交織長(zhǎng)度等信息；sdc通道提供如何解調(diào)msc、如何找到相同數(shù)據(jù)的其他數(shù)據(jù) 源，以及在復(fù)接器中為業(yè)務(wù)提供屬性等信息；msc通道包含 音頻或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，通過(guò)復(fù)接器對(duì)不同保護(hù)級(jí)別的數(shù)據(jù)和音頻 業(yè)務(wù)進(jìn)行復(fù)接，msc最多可以包括四路業(yè)務(wù)，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(jìn)的aacplus等編碼技術(shù)，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(jí)編碼（mlc, mult

4、i-level coding）,可以分為標(biāo)準(zhǔn)映射（sm）、對(duì)稱分級(jí) 映射（hmsym）和混合分級(jí)映射（hmmix）三種qam映射類型。 通過(guò)交織克服時(shí)間和頻率選擇性衰落，根據(jù)信道特性可以選 擇2s的長(zhǎng)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(dǎo)頻信息，可用 于接收機(jī)同步、均衡處理。其中頻率導(dǎo)頻主要用于接收機(jī)頻 偏的估計(jì)，時(shí)間導(dǎo)頻用于接收機(jī)幀同步的計(jì)算，增益導(dǎo)頻用 于接收機(jī)信道估計(jì)。我國(guó)已經(jīng)在部分地區(qū)進(jìn)行了 drm系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，測(cè)試 效果令人滿意，這給drm系統(tǒng)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，而接收機(jī) 成為drm系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，國(guó)內(nèi)外采用的drm接收機(jī)大多是基于pc的dr

5、m 軟件接收機(jī)，已經(jīng)比較成熟，但其應(yīng)用范圍終究受到一定限 制。適于廣泛應(yīng)用的便攜式硬件drm接收機(jī)目前還處于初級(jí) 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(jī)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(jī)rf前端采用改造現(xiàn)有 模擬收音機(jī)的方法。整合后的接收機(jī)既可以收聽(tīng)模擬信號(hào)， 又可以完成數(shù)字信號(hào)的處理，這樣就可以適應(yīng)數(shù)模同播的需 要。數(shù)字接收機(jī)接收信號(hào)通過(guò)模擬收音機(jī)前端下變頻到中 頻，將中頻信號(hào)引出，經(jīng)過(guò)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(guò)正交解調(diào)得到基帶數(shù)據(jù)。首先通過(guò)碼 元同步找到ofdm碼元的起始位置，然后通過(guò)fft完成

6、ofdm 信號(hào)的解調(diào)，將時(shí)域數(shù)據(jù)變換到頻域，并利用頻率導(dǎo)頻信息 計(jì)算并校正頻率偏差，因?yàn)閛fdm系統(tǒng)對(duì)載波頻偏非常敏感, 經(jīng)過(guò)頻率校正后，頻率誤差應(yīng)小于0.01倍子載波間隔。在 此基礎(chǔ)上，利用時(shí)間導(dǎo)頻信息找到drm系統(tǒng)的傳輸幀起始碼 元，此后接收機(jī)從傳輸幀起始位置開(kāi)始進(jìn)行后續(xù)處理。由于短波信道變化復(fù)雜，時(shí)域及頻域的選擇性衰落都很 強(qiáng)，造成了接收信號(hào)的幅度和相位受到嚴(yán)重干擾，在解高階 qam映射時(shí)會(huì)引入較大的誤差，均衡模塊用來(lái)解決上述問(wèn)題。 drm系統(tǒng)設(shè)計(jì)了增益導(dǎo)頻，分布在時(shí)間一頻率域上，利用增 益導(dǎo)頻的信息進(jìn)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(diào) 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(shí)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(guò)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(fù)接后的數(shù)據(jù)進(jìn)行 音頻譯碼或者數(shù)據(jù)解碼。接收機(jī)基帶信號(hào)處理部分主要采用arm與fpga聯(lián)合處 理的硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。arm處理器可以在不改變硬件結(jié)構(gòu)的情 況下，通過(guò)下載不同的軟件程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，這樣非常 有利于不同算法的驗(yàn)證，而且arm公司可以提供處理器內(nèi)核, 為進(jìn)一步設(shè)計(jì)接收機(jī)asic奠定基礎(chǔ)。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(hào)會(huì)造成處理器資源的浪費(fèi)，為此針對(duì)比特流信號(hào)的處 理采用專用邏輯電路實(shí)現(xiàn)，在接收機(jī)中用fpga實(shí)現(xiàn)。這樣, 兩種處理器的特性可以形成互補(bǔ)，使此硬件平臺(tái)比較合理。drm系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多種模式，不同模式的碼率是不同的， 在正交解調(diào)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(gè)模塊的算法特點(diǎn)及數(shù)據(jù)輸出形 式，將這兩個(gè)模塊放在fpga中實(shí)現(xiàn)。對(duì)于其他處理模塊，特別是同步和均衡模塊是接收機(jī)的 關(guān)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(chǎng)測(cè)試的情況，其算法存在調(diào)整的可能性.因此這些模塊通 過(guò)arm實(shí)現(xiàn)。需要對(duì)算法進(jìn)行調(diào)整時(shí)，只需修改軟件程序， 重新載入arm即可

9、，硬件部分無(wú)需改動(dòng)。接收機(jī)硬件平臺(tái)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(guò)雙口 ram進(jìn) 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(qū)動(dòng)。a/d采樣后的中頻數(shù)據(jù)送入fpga做正交解調(diào)；fpga將 解調(diào)后的數(shù)據(jù)寫(xiě)入雙口 ram同時(shí)給arm產(chǎn)生中斷信號(hào)；arm 響應(yīng)外部中斷，將數(shù)據(jù)讀入、進(jìn)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(xiě)入雙口 ram, 同時(shí)向特定的地址寫(xiě)控制字，fpga檢測(cè)到控制字后，將數(shù)據(jù) 讀入進(jìn)行viterbi譯碼。fpga將viterbi譯碼結(jié)果寫(xiě)入雙口 ram,向arm發(fā)出中斷信號(hào)，arm響應(yīng)中斷，將數(shù)據(jù)讀入，再 進(jìn)行后續(xù)處理。drm信號(hào)處理時(shí)序，arm基帶處理主控制程序流程，依 次進(jìn)行碼元同步、整數(shù)倍頻偏估計(jì)、幀同步及后續(xù)信道解碼 處理。上述過(guò)程實(shí)現(xiàn)了 drm接收機(jī)基帶信道解碼過(guò)程。數(shù)字廣播產(chǎn)業(yè)有廣泛的市場(chǎng)前景，drm集團(tuán)在中國(guó)成立 足以說(shuō)明中國(guó)在數(shù)字廣播領(lǐng)域與國(guó)際基本同步，隨著全世界 統(tǒng)一的30mhz以下的調(diào)幅波段的數(shù)字廣播標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)，不久 的將來(lái) 任何一個(gè)接收機(jī)在世界各地都可以正常工作，都