李 靜

國家廣播電影電視總局五九四臺(tái)，陜西西安 710000

0 引言

解決無線多徑傳播帶來的問題是本文的研究重點(diǎn)內(nèi)容，為了滿足同一平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)DAB/DRM的編碼調(diào)制實(shí)現(xiàn)，這里采用編碼正交頻分復(fù)用（COFDM）的傳輸方式。本文則是基于高速數(shù)字處理芯片DSP，還包括相關(guān)的DAB/DRM傳輸端系統(tǒng)的信道調(diào)制編碼器等等，其中的信道調(diào)制編碼器都是基于現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA構(gòu)建的，這些系統(tǒng)都是符合DAB以及DRM標(biāo)準(zhǔn)的。

1 數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)信道編碼模塊結(jié)構(gòu)與功能

DAB系統(tǒng)包含兩個(gè)邏輯信道，分別為：主業(yè)務(wù)信道（MSC），快速信息信道（FIC），兩個(gè)信道分別對應(yīng)于不同的編碼。其映射方案相同[1]。DRM系統(tǒng)包舍三個(gè)邏輯信道，分別為主業(yè)務(wù)信道（MSC），快速存取信道（FAC以及業(yè)務(wù)描述信遭（SDC）。三個(gè)信道分別采用不同的編碼和符號映射方案。信道編碼模塊由多路信輸分配和能量擴(kuò)敝、編碼和比特交織以及比特映射等模塊構(gòu)成。

1.1 能量擴(kuò)散塊

在各個(gè)邏輯信道中，根據(jù)不同的保護(hù)要求來說，多路傳輸分配為DRM系統(tǒng)專有，然后按照相關(guān)的比特流進(jìn)行劃分，但是值得注意的是，DAB系統(tǒng)中沒有此模塊。

頻譜擴(kuò)散是通過二進(jìn)制序列的隨機(jī)化處理，這樣就能夠使得能量擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)，從而有效對于連“0”和“1”的減少出現(xiàn)現(xiàn)象，這樣比特定時(shí)恢復(fù)功能往往就得以保證。對于原始序列進(jìn)行相關(guān)的多項(xiàng)式表示。另外，對于初始狀態(tài)全為“1”的偽隨機(jī)比特序列（PRBS）來說，進(jìn)行相關(guān)的模相加操作。這樣，能量擴(kuò)散的輸出信號可以得到，另外，生成多項(xiàng)式可以完成復(fù)用也對于DAB以及DRM來說成為可能。

1.2 卷積編碼模塊

考慮糾錯(cuò)能力和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，基于存儲(chǔ)深度為6、相應(yīng)的約束長度為7和26=64狀態(tài)的卷積碼可以實(shí)現(xiàn)DAB和DRM系統(tǒng)的信道編碼。這樣來說，編碼器的信道編碼率為l/4。這種編碼率只有在極為惡劣的情況下才進(jìn)行使用，而高的編碼率則是適用于要求較低的差錯(cuò)保護(hù)，此時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行對于基本碼(母碼)的某些編碼比特的刪除操作。對于采用刪除方法來說，8/9、7/8、…、1/2共13種不同的編碼率可以在此編碼器的編碼率中采用，從而使得不等差錯(cuò)保護(hù)根據(jù)數(shù)據(jù)的不同的重要程度而進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。這樣的編碼方式往往稱為碼率兼容刪除型卷積碼RCPC。

1.3 符號映射模塊

在符號映射模塊中，DAB系統(tǒng)和DRM系統(tǒng)采用不同的映射模式。DAB系統(tǒng)中采用的是四相相對移相鍵控即 π/4-shift 4DQPSK；DRM系統(tǒng)由于其頻譜特性和帶寬限制，為了兼顧可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率和抗干擾能力，每個(gè)邏輯信道應(yīng)用正交幅度（QAM）調(diào)制，對于主業(yè)務(wù)信道（MSC）主要采用64-QAM，為提供更高的抗干擾能力，也可以選擇使用16-QAM，這可由發(fā)射臺(tái)根據(jù)信道傳播條件、希望達(dá)到的音頻質(zhì)量來選擇：對于快速訪問信道（FAC），采用4-QAM方案；而業(yè)務(wù)描進(jìn)信道（SDC）則采用16-QAM或者4-QAM方案。

2 數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)信道調(diào)制模塊結(jié)構(gòu)與功能

對于目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于無線廣播與通信領(lǐng)域的正交頻分復(fù)用（OFDM）調(diào)制來說，其具有很好的抗多徑干擾能力[2]。同步信道符號生成器、頻率交織以及OFDM符號映射器和OFDM符號生成器組成了DAB系統(tǒng)的信道調(diào)制模塊。其中，對于頻率交織來說，按照一定的規(guī)則而進(jìn)行相關(guān)的傳輸幀的數(shù)據(jù)傳輸操作，同時(shí)對于相應(yīng)的載波上傳送分配，這樣可以對于頻率選擇性造成的突發(fā)性差錯(cuò)進(jìn)行一定的有效的修正工作。對于各載波調(diào)制前的情況下，DAB在主業(yè)務(wù)信道和快速信息信道里都應(yīng)該進(jìn)行相關(guān)的頻率交織工作。

3 數(shù)字聲音廣播編碼調(diào)制器實(shí)現(xiàn)方案

3.1 主要芯片選擇

對于DAB/DRM發(fā)端系統(tǒng)信道編碼調(diào)制器來說，其主要的運(yùn)算處理功能為可刪除卷積編碼、能量擴(kuò)散、以及相關(guān)的符號映射、交織、單元到載波分配和IFFT等運(yùn)算處理；對于應(yīng)用模塊來說，往往則需要進(jìn)行快速運(yùn)算處理，要求設(shè)備可靠性高、體積小、成本低，所以往往選取具有較大運(yùn)算復(fù)雜度和較高實(shí)行性要求等特點(diǎn)的FPGA芯片和DSP芯片。

通過調(diào)研分析，選擇I公司的高端DSP芯片TMS320C6000、Altera公司的高端FPGA，還有系統(tǒng)信道編碼調(diào)制模塊的核心芯片則為stratix。考慮到具有超高運(yùn)算速度的，32位DSP的TMS320C6000，能夠使得信道編碼調(diào)制的全部運(yùn)算任務(wù)利用單片機(jī)完成。另外，由于采用先進(jìn)工藝的stratix系列，其具有多選114，140個(gè)邏輯單元，10Mbits的嵌入存儲(chǔ)器，優(yōu)化的數(shù)字信號處理（DSP）模塊和高性能I/O功能。

3.2 電路模塊結(jié)構(gòu)與組成

本文設(shè)計(jì)的DAB/DEM系統(tǒng)信道編碼與調(diào)制模塊硬件，考慮到系統(tǒng)處理的實(shí)時(shí)性要求和輸入、輸出的接口。DSP外圍配置了非易失存儲(chǔ)器FLASH和SDRAM，以及El接口部分和直接頻率合成芯片（DDS）。FLASH用于固化程序和各種查找表，SDRAM用于存放系統(tǒng)正常工作時(shí)加載程序和需要的查找表，以便DSP全速運(yùn)行，同時(shí)也用于存放輸入數(shù)據(jù)、DSP運(yùn)行的部分中間數(shù)據(jù)以及輸出數(shù)據(jù)；E1接口部分則用于接收復(fù)用器端傳輸?shù)拇幚淼臄?shù)據(jù)流，整個(gè)模塊處理完后的數(shù)據(jù)通過直接頻率合成芯片輸出中期信號給發(fā)射機(jī)。

3.3 數(shù)字聲音廣播犏碼調(diào)制器功艙實(shí)現(xiàn)

編碼調(diào)制器上電后，F(xiàn)PGA接收從El線路上傳來的復(fù)用罌數(shù)據(jù)流。完成幀同步、時(shí)間交織和可刪除卷積編碼工作，井將編碼后的數(shù)據(jù)傳送拾DSP，DSP加載固化在FLASH里的程序，將編碼后數(shù)據(jù)成幀，將控制單元和信息單元分配培OFDM子載波，對完成OFDM載波映射的單元序列進(jìn)行IFFT運(yùn)算，并進(jìn)行保護(hù)間隔數(shù)據(jù)插入，結(jié)果傳送到FPOA中；通過FPGA將基帶調(diào)制信號傳輸?shù)街苯宇l率合成芯片進(jìn)行中頻載波調(diào)制，最終輸出中頻信號。

4 結(jié)論

本文考慮到結(jié)合各模塊的具體設(shè)計(jì)，針對自行設(shè)計(jì)開發(fā)的DAB/DRM系統(tǒng)信道編碼調(diào)制設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。其中，TI公司的32位高速處理器以及A1tera公司的高性能FPGA作為核心部件，并考慮設(shè)計(jì)El接口和直接頻率合成芯片，上述的硬件平臺(tái)能夠滿足開發(fā)DAB/DRM系統(tǒng)信道編碼調(diào)制設(shè)備要求，對于今后DAB/DRM系統(tǒng)信道編碼器發(fā)展具有很大幫助。

[1]彭海云, 徐建敏, 王鵬, 等.DTMB標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)LDPC編碼器設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2010，34(1).

[2]盧堯，安建平，呂品.全球數(shù)字廣播系統(tǒng)音頻編碼器的軟件實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2007，43(12).