关于数字声音广播系统信道编码调制器设计分析

李 静

国家广播电影电视总局五九四台，陕西西安 710000

0 引言

解决无线多径传播带来的问题是本文的研究重点内容，为了满足同一平台上实现DAB/DRM的编码调制实现，这里采用编码正交频分复用（COFDM）的传输方式。本文则是基于高速数字处理芯片DSP，还包括相关的DAB/DRM传输端系统的信道调制编码器等等，其中的信道调制编码器都是基于现场可编程逻辑器件FPGA构建的，这些系统都是符合DAB以及DRM标准的。

1 数字声音广播系统信道编码模块结构与功能

DAB系统包含两个逻辑信道，分别为：主业务信道（MSC），快速信息信道（FIC），两个信道分别对应于不同的编码。其映射方案相同[1]。DRM系统包舍三个逻辑信道，分别为主业务信道（MSC），快速存取信道（FAC以及业务描述信遭（SDC）。三个信道分别采用不同的编码和符号映射方案。信道编码模块由多路信输分配和能量扩敝、编码和比特交织以及比特映射等模块构成。

1.1 能量扩散块

在各个逻辑信道中，根据不同的保护要求来说，多路传输分配为DRM系统专有，然后按照相关的比特流进行划分，但是值得注意的是，DAB系统中没有此模块。

频谱扩散是通过二进制序列的随机化处理，这样就能够使得能量扩散实现，从而有效对于连“0”和“1”的减少出现现象，这样比特定时恢复功能往往就得以保证。对于原始序列进行相关的多项式表示。另外，对于初始状态全为“1”的伪随机比特序列（PRBS）来说，进行相关的模相加操作。这样，能量扩散的输出信号可以得到，另外，生成多项式可以完成复用也对于DAB以及DRM来说成为可能。

1.2 卷积编码模块

考虑纠错能力和实现复杂度的基础上，基于存储深度为6、相应的约束长度为7和26=64状态的卷积码可以实现DAB和DRM系统的信道编码。这样来说，编码器的信道编码率为l/4。这种编码率只有在极为恶劣的情况下才进行使用，而高的编码率则是适用于要求较低的差错保护，此时，应该进行对于基本码(母码)的某些编码比特的删除操作。对于采用删除方法来说，8/9、7/8、…、1/2共13种不同的编码率可以在此编码器的编码率中采用，从而使得不等差错保护根据数据的不同的重要程度而进行实现。这样的编码方式往往称为码率兼容删除型卷积码RCPC。

1.3 符号映射模块

在符号映射模块中，DAB系统和DRM系统采用不同的映射模式。DAB系统中采用的是四相相对移相键控即 π/4-shift 4DQPSK；DRM系统由于其频谱特性和带宽限制，为了兼顾可传输的数据率和抗干扰能力，每个逻辑信道应用正交幅度（QAM）调制，对于主业务信道（MSC）主要采用64-QAM，为提供更高的抗干扰能力，也可以选择使用16-QAM，这可由发射台根据信道传播条件、希望达到的音频质量来选择：对于快速访问信道（FAC），采用4-QAM方案；而业务描进信道（SDC）则采用16-QAM或者4-QAM方案。

2 数字声音广播系统信道调制模块结构与功能

对于目前已经广泛应用于无线广播与通信领域的正交频分复用（OFDM）调制来说，其具有很好的抗多径干扰能力[2]。同步信道符号生成器、频率交织以及OFDM符号映射器和OFDM符号生成器组成了DAB系统的信道调制模块。其中，对于频率交织来说，按照一定的规则而进行相关的传输帧的数据传输操作，同时对于相应的载波上传送分配，这样可以对于频率选择性造成的突发性差错进行一定的有效的修正工作。对于各载波调制前的情况下，DAB在主业务信道和快速信息信道里都应该进行相关的频率交织工作。

3 数字声音广播编码调制器实现方案

3.1 主要芯片选择

对于DAB/DRM发端系统信道编码调制器来说，其主要的运算处理功能为可删除卷积编码、能量扩散、以及相关的符号映射、交织、单元到载波分配和IFFT等运算处理；对于应用模块来说，往往则需要进行快速运算处理，要求设备可靠性高、体积小、成本低，所以往往选取具有较大运算复杂度和较高实行性要求等特点的FPGA芯片和DSP芯片。

通过调研分析，选择I公司的高端DSP芯片TMS320C6000、Altera公司的高端FPGA，还有系统信道编码调制模块的核心芯片则为stratix。考虑到具有超高运算速度的，32位DSP的TMS320C6000，能够使得信道编码调制的全部运算任务利用单片机完成。另外，由于采用先进工艺的stratix系列，其具有多选114，140个逻辑单元，10Mbits的嵌入存储器，优化的数字信号处理（DSP）模块和高性能I/O功能。

3.2 电路模块结构与组成

本文设计的DAB/DEM系统信道编码与调制模块硬件，考虑到系统处理的实时性要求和输入、输出的接口。DSP外围配置了非易失存储器FLASH和SDRAM，以及El接口部分和直接频率合成芯片（DDS）。FLASH用于固化程序和各种查找表，SDRAM用于存放系统正常工作时加载程序和需要的查找表，以便DSP全速运行，同时也用于存放输入数据、DSP运行的部分中间数据以及输出数据；E1接口部分则用于接收复用器端传输的待处理的数据流，整个模块处理完后的数据通过直接频率合成芯片输出中期信号给发射机。

3.3 数字声音广播犏码调制器功舱实现

编码调制器上电后，FPGA接收从El线路上传来的复用罂数据流。完成帧同步、时间交织和可删除卷积编码工作，井将编码后的数据传送拾DSP，DSP加载固化在FLASH里的程序，将编码后数据成帧，将控制单元和信息单元分配培OFDM子载波，对完成OFDM载波映射的单元序列进行IFFT运算，并进行保护间隔数据插入，结果传送到FPOA中；通过FPGA将基带调制信号传输到直接频率合成芯片进行中频载波调制，最终输出中频信号。

4 结论

本文考虑到结合各模块的具体设计，针对自行设计开发的DAB/DRM系统信道编码调制设备关键技术进行分析。其中，TI公司的32位高速处理器以及A1tera公司的高性能FPGA作为核心部件，并考虑设计El接口和直接频率合成芯片，上述的硬件平台能够满足开发DAB/DRM系统信道编码调制设备要求，对于今后DAB/DRM系统信道编码器发展具有很大帮助。

[1]彭海云, 徐建敏, 王鹏, 等.DTMB标准实时LDPC编码器设计[J].电视技术，2010，34(1).

[2]卢尧，安建平，吕品.全球数字广播系统音频编码器的软件实现[J].计算机工程与应用, 2007，43(12).