DRM廣播系統(tǒng)及接收機(jī)技術(shù)

1、DRM廣播系統(tǒng)及接收機(jī)技術(shù)引言LI前匚作于中波和短波波段的調(diào)幅廣播質(zhì)M遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人們的收聽(tīng)要求，2004年制定的數(shù)字音頻廣播 DR雌術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是一種在原中短波頻帶內(nèi)，仍占用 9kHz（或10kHz）帶寬，可提供無(wú)干擾的接近調(diào)頻立體聲質(zhì)M的廣播技術(shù)。DRhT播是繼調(diào)幅廣播、調(diào)頻廣播之后的第三代廣播方式，它的出現(xiàn)標(biāo)志著廣播系統(tǒng)正山模擬向數(shù)字體制過(guò)渡。H前，國(guó)內(nèi)外采用的DR底收機(jī)大多基于PC的DRM軟件接收機(jī)， 已經(jīng)比較成熟，但其應(yīng)用范圍受到一定限制。因此為促進(jìn)DRM引言U前工作于中波和短波波段的調(diào)幅廣播質(zhì)M遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人們的收聽(tīng)要求，2004年 制定的數(shù)字音頻廣播DR雌術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是一種在原中短波頻帶內(nèi)，仍占

2、用 9kHz （或 10kHz）帶寬，可提供無(wú)干擾的接近調(diào)頻立體聲質(zhì)M的廣播技術(shù)。DRMT播是繼調(diào)幅廣播、調(diào)頻廣播之后的笫三代廣播方式，它的出現(xiàn)標(biāo)志著廣播系統(tǒng)正山模擬向數(shù)字 體制過(guò)渡。LI前，國(guó)內(nèi)外采用的DR懶收機(jī)大多基于PC的DRM軟件接收機(jī)，已經(jīng) 比較成熟，但其應(yīng)用范圉受到一定限制。因此為促進(jìn) DR幅 統(tǒng)的推廣，需要一種成 本較低、可靠性高、體積小和攜帶方便的硬件 DRM收 機(jī)。DR源統(tǒng)采用OFD硼制方式，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。圖 1和圖2分別給出了 DRM發(fā)射系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 和接收終 端原理圖。圖1 DRM發(fā)射系統(tǒng)原理圖圖2接收終端結(jié)構(gòu)原

3、理圖DR源統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)DR岷鍵技術(shù)包括OFDM制解調(diào)、信道彳占計(jì)和同步等。OFD峭制與解調(diào)技術(shù)OFD陳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如圖3所示。發(fā)送數(shù)據(jù)在頻域進(jìn)行編碼映射，經(jīng)過(guò) IFFT運(yùn)算變 換到 時(shí)域：圖3 OFDM調(diào)制/解調(diào)實(shí)現(xiàn)框圖式中人吐表示第n個(gè)符號(hào)，第k個(gè)子信道上調(diào)制的信號(hào) T為子載波上的符號(hào)周 期， 子載波間的頻率間隔為 Af=l/T,整個(gè)符號(hào)周期為T(mén)+T g(t)為發(fā)送濾波 器波形。經(jīng) IFFT后，頻域信號(hào)調(diào)制到了各個(gè)正交的子載波上，完成了正交頻分復(fù)用。每個(gè)OFDM馬元前加上保護(hù)間隔Tc=LT/No保護(hù)間隔大于最大時(shí)延擴(kuò)展，這樣所有時(shí)延小于保護(hù)間隔的多徑信號(hào)將不會(huì)延伸到下一個(gè)碼元期間，因而有效地消除了碼

4、間吊擾。OFDM1號(hào)經(jīng)加窗函數(shù)以降低帶外信號(hào)的功率，經(jīng)低通濾波后調(diào)制到主載頻發(fā)射到信道。接收端的處理過(guò)程與發(fā)射端相反，信道出來(lái)的信號(hào)先經(jīng)過(guò)主載頻解調(diào)，低通濾波A/D轉(zhuǎn)換及串并變換后，再進(jìn)行 FFT得到一個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)。對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行均衡，以校正信道失真。然后進(jìn)行譯碼判決和并串變換，恢復(fù)出原始的二元數(shù)據(jù)序列。表1給出了 DRM系統(tǒng)OFD卷數(shù)。信道估訃是進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)、解調(diào)和均衡的基礎(chǔ)。 DR源統(tǒng)在發(fā)送端適當(dāng)位置插 入導(dǎo) 頻單元，接收端利用導(dǎo)頻恢復(fù)出導(dǎo)頻位置的信道信息，然后利用如內(nèi)插、濾波、變換等處理手段，獲得所有時(shí)刻的信道信息。 OFDMmi估計(jì)算法采用最 小平方差(LS) 算法和線性最小均分差(L

5、MMSE笄法。其中LS算法定義為：其中k的分布服從導(dǎo)頻分布規(guī)律，用js代表在子載波k點(diǎn)經(jīng)過(guò)LS估計(jì)得到的 信道信息，X是發(fā)送值，丫上是經(jīng)過(guò)信道的接收值，M為噪聲，其中條件方差為 E(I V k| 2 | Xj ) 二2 5V| Xk | % LS 算法計(jì)算M較少，但是其中的誤差也大。為了減少誤差影響，可以采用LMMSET法進(jìn)行平滑，它是基于估計(jì) 信道的自相關(guān)函數(shù)&和信道噪聲方差 1得到的，導(dǎo)頻處的信道彳占訃值為：其中h%口 11%認(rèn)是LS和LMMS鉆計(jì)得到的導(dǎo)頻處的信道值。信道相關(guān)矩陣為 R=E(hhK)o X是一個(gè)對(duì)角矩陣，其對(duì)角線上的值為相應(yīng)的導(dǎo)頻上的發(fā)送值，上 標(biāo)H 代表共扼轉(zhuǎn)置。LMM

6、S要比LS性能要好4dB左右，但計(jì)算M LMMS要比LS復(fù)雜。 在DR幅統(tǒng)中，用于信道估計(jì)的導(dǎo)頻定義為 P才se和心巴 通常 心巴對(duì)于一些邊界 子載波比尸2。同步技術(shù)DR源統(tǒng)是連續(xù)傳送*II式，與基于 802. 11a標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)的突發(fā)傳輸系統(tǒng)不同。突發(fā)傳輸模式的前綴碼通常很短，這就要求能利用有限的前綴碼實(shí)現(xiàn)快速同步。而連續(xù)傳輸模式中系統(tǒng)信息是連續(xù)傳的。因此，接收機(jī)有更多的時(shí)間進(jìn)行可靠的有效信號(hào)檢測(cè)，然后進(jìn)行的各種誤差估計(jì)補(bǔ)償。同步包括頻率同步、時(shí)間同步（符號(hào)同步、定時(shí)同步）和采樣頻率同步。圖4給出了 DRM同步 方案框圖。圖4 DRM同步算法框圖圖5給出了使用信道2（典型中波）、魯棒模式

7、B、SNRX 30dB時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)通道 MSC 在同步和信道估計(jì)前后接收到的信號(hào)星座圖仿真結(jié)果。從圖中可以看出，經(jīng)過(guò) 同 步、信道估計(jì)處理后，星座圖明顯改善。（a）同步和信道估計(jì)前（b）同步和信道估計(jì)后圖5同步和信道估計(jì)前后MSC （64QAM星座圖接收機(jī)終端方案基于軟件無(wú)線電的 DR底收機(jī)1）基于TMS320DM6446接收機(jī)碩件平臺(tái)基于軟件無(wú)線電技術(shù) DR頻收機(jī)的硬件平臺(tái)如圖6所示，考慮到具有體積小、可靠性高、成本低及較好的實(shí)時(shí)性要求，采用TI公司針對(duì)多媒體、低功耗手持 設(shè)備應(yīng)用開(kāi)發(fā)的雙處理器核芯片 TMS320DM6446核心的硬件平臺(tái)。利用 DSP芯 片強(qiáng)大的 信號(hào)處理能力，來(lái)完成 OF

8、DM軍調(diào)、信道解碼及解復(fù)用任務(wù)，利用 ARM926完成音 頻、數(shù)據(jù)解碼和系統(tǒng)的功能控制及管理。圖6基于軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)的 DR懶收機(jī) 該終端硬件平臺(tái)包括調(diào)諧器、控制和DSP處理三個(gè)模塊。調(diào)諧器模塊主要山前端調(diào)諧器、混頻器及濾波器組成，作用是為系統(tǒng)提供合適的中頻信號(hào)。接收機(jī) 前端應(yīng)選用靈敬度高、動(dòng)態(tài)范用大、集成度高的器 件，這里選擇ST公司的高性 能車(chē)載收音機(jī)前端調(diào)諧器 TDA7511,它包括混頻、中頻 放大、自動(dòng)增益控制、 AM/FM解調(diào)、PLL鎖相環(huán)和質(zhì)M監(jiān)測(cè)等，具有集成度高、所 需外圉器件少和占用 電路板面積小的優(yōu)點(diǎn)，是射頻前端的核心部件。控制模塊主要 III DM6446 中的ARM瑾成，

9、配以外圉電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制及管理。DSP處理模塊是本終端的核 心模塊，主要III DM6446中的TMS320 C64x+S成，經(jīng)模數(shù)變換后的數(shù)據(jù)流被送入DSP,完成DRMW號(hào)的解調(diào)、信道解碼及解復(fù)用任務(wù)，最后將結(jié)果輸出給ARM9,得至怙頻信號(hào)。調(diào)諧器的濾波器組是將空中接收到的信號(hào)劃分為各個(gè)波段進(jìn)行接收，以便濾除 雜 波，提高整個(gè)接收機(jī)的信噪比，增強(qiáng)靈敬度抬標(biāo)。濾波器選擇橢圓函數(shù)濾波器，其在通帶和阻帶內(nèi)的頻響都呈現(xiàn)等波紋特性，其主要參數(shù)為濾波器階數(shù)為3、通帶內(nèi)波動(dòng)為0.25dB、阻帶內(nèi)衰減為50dB、阻抗為50Q和插入損耗為6dBoTDA7511內(nèi)部具有兩個(gè)混頻器，其先將天線收到的信號(hào)混頻到

10、10. 7MHz,再將信 號(hào) 二次混頻到455kHz，然后模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波、放大后送入外部混頻器。外部 混頻器 選用PHILIPS公司的SA612芯片？，將 455kHz模擬信號(hào)混頻到12kHz中頻 上。SA612是內(nèi)部帶振蕩器和電壓參考的雙平衡混頻器，具有低功耗、集成度 高的優(yōu) 點(diǎn)，其振蕩器可被配置為晶體或調(diào)諧操作模式，操作靈活。A/D采樣用 于將12kHz模擬信號(hào)數(shù)字化，A/D芯片的采樣率至少應(yīng)大于 24kHz （12kHz的2倍），這里選 用AD9225模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。AD9225為單電源供電、12位精度、25MSPS拓速模數(shù)轉(zhuǎn)換 器，信噪比為71dB,雜散動(dòng)態(tài)范禺為85dBoTMS320

11、DM6446具有雙核達(dá)芬奇架構(gòu)的產(chǎn)品，具有高性能、低功耗、大存儲(chǔ)容M和外設(shè)接口靈活等優(yōu)點(diǎn)，可以增添接收機(jī)硬件平臺(tái)性能、靈活性和可靠性。外接存儲(chǔ) 器連接至U其 EMIF接口， III FLASHY SDRAM1成。FLASHY用一個(gè) 512K8b 的AM29LV040限片，用于存放應(yīng)用程序， SDRAMS用16MB的HY57V281620芯片。系統(tǒng)工作時(shí)，F(xiàn)LASHW勺程序在工作時(shí)被復(fù)制到 DM6446勺內(nèi)部存儲(chǔ)空間，并在內(nèi)部存儲(chǔ)器中開(kāi)始運(yùn)行，而外部的16MB SDRAME要用于存 儲(chǔ)處理后的數(shù)據(jù)。為了更方便地與計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)，設(shè)置了RS232接口/USB接口。圖6的調(diào)諧器部分也可采用 Miri

12、cs公司MS1001多頻段移動(dòng)廣播調(diào)諧器，實(shí)現(xiàn) DRM模擬AM FM和DAB的多制式移動(dòng)廣播功能。2） DRM接收機(jī)軟件總體流程 接收機(jī)程序分兩部分，其中 C64x+ DSP主要完成0FDM 解調(diào)、信道解碼及解復(fù)等 功能，并將結(jié)果輸出給 ARM926然后III ARM926完成音 頻、數(shù)據(jù)解碼和系統(tǒng)的 控制及管理功能。具程序流程如圖7所示。圖7 DR底收機(jī)軟件總體流程圖基于專用集成電路的DRMg收機(jī)圖8給出了基于DR*用集成電路TMS320 DRM35的多制式接收機(jī)方案。圖8基于TMS320 DRM35的DRMBI攵機(jī)TMS320 DRM300/DRM350 TI公司推出的世界第一塊支持 DR而準(zhǔn)的專用單芯 片。RS500是RadioScape推出的基于 TI DRM300與DRM35g片的模塊，支持 DRM 模擬 AM FM和DABfe準(zhǔn),RS500模塊實(shí)現(xiàn)了圖6中的全部DRMBI攵機(jī)功 能。以RS500為 基礎(chǔ)，可以快速、低成本地開(kāi)發(fā)出可靠性高的多制式便攜式DRM接收機(jī)。圖8就是一種成本較低、可幕性高、體積小和攜帶方便，可接收 DRM模擬AM等多制式廣播 信號(hào)的接收機(jī)方案，外部 MCUI片機(jī)，通過(guò)I2C控 制RS500的配置及工作。結(jié)束語(yǔ)本文