DRM系统同步算法的研究∗

2018-09-27周风波

舰船电子工程 2018年9期

周风波梁鼎

（邵阳学院邵阳 422000）

1 引言

DRM（Digital Radio Mondiale）作为一种新的数字广播系统，它极大地降低了发射功率，提高了频率利用率，减少了发射机的运营成本，使声音的接收质量得到显著改善，为用户提供的附加数据业务多样化［1］。从长远来看，目前在长波，中波和短波广播中所使用的模拟广播技术最终会被DRM数字技术所取代，虽然我国的DRM系统全面推广应用需要经过漫长的过程，但其应用的前景非常乐观［2］。

DRM系统采用先进的音频编码技术和OFDM信道调制技术，从而降低了干扰，提高了频带利用率，可以在无线信道中实现高速可靠的数据传输［3～7］。但是增加了DRM接收机对同步算法的要求，同步是整个DRM接收机的核心，直接关系到接收机能否正常工作。本文重点分析了DRM接收机同步的各个环节和算法，并对这些同步算法进行了仿真分析。

2DRM系统结构

2.1DRM传输系统

DRM传输系统包括信源编码、复用、信道编码和OFDM调制四部分［8］，如图1所示。

2.2 DRM系统同步类型

DRM系统采用OFDM正交调制技术，如图2所示，包含三种同步：符号同步，样值同步和载波频率同步。

符号同步就是确定OFDM符号的开始位置，即确定准确的FFT窗口位置；样值同步就是需要与发送端保持相同的采样频率；载波频率同步就是确保OFDM系统的子载波间能够保持正交性，避免产生子信道间的干扰。对整个DRM系统而言，一个传输帧包含多个OFDM符号，因此需要确定DRM的帧同步。

图1 DRM传输系统框图

图2 DRM系统的各种同步类型

3 DRM同步算法

3.1 基于循环前缀的符号同步算法

如图3所示，在DRM系统的接收端，选取长度为2N+L的连续样值r（k），k取值范围为［1，2N+L］，则其中必然包含一段完整的N+L的OFDM符号。其中，假设d为符号的起始位置，L为循环前缀的长度，本文使用基于循环前缀的最大似然同步算法来实现符号同步。

图3 DRM接收信号示意图

定义两个集合：

集合I与I'中的样值是对应相同的，因此存在如下的相关特性：

Λ(d，Δfc)定义为概率密度函数的对数，给出频率偏差Δfc和符号时间d的条件下，2N+L个抽样点的联合条件概率密度函数可以表示为

对上式进行一些代数运算处理之后，式（1）可以简化为

定义：

则定时偏差d的最大似然函数为

则最佳符号定时位置为

3.2 帧同步

一个OFDM符号包括若干个单元符号，在前面所述的符号同步算法中，我们已经精确找出OFDM符号的起始位置。在DRM信号中，一个传输帧由若干个OFDM符号组成，在不同模式下的情况如表1所示［2］。

表1 传输帧结构

DRM信号是封装在传输超帧中进行传输。每个帧中包含的不同OFDM符号具有不同的作用，比如用于信道估计的增益导频单元是按照传输帧设计的。所以DRM的传输帧同步至关重要，它是在上述各种同步之后，信道估计之前进行处理。

DRM传输帧的第一个OFDM符号中包含时间导频，在参考文献［2］中规定了时间导频的位置和相位配置信息，其幅度为 2，时间导频就是用于传输帧同步。虽然，在OFDM符号中用于传输帧同步的时间导频和频率导频可能是有交叉的，但是两者的定义是相同的。设一个传输帧包含S个OFDM符号，时间导频的数量为LT，则帧同步的算法如下：

1）输入一个传输帧长度的数据，即为S个OFDM符号。

2）按照参考文献［2］，取出OFDM符号在该模式对应的时间导频单元符号，设为 Xs，k(i)。

3）取出该模式在参考文献［2］中对应的导频相位信息，相位复数表达式为

4）将从步骤2）中得到的单元符号和步骤3）中得到的导频单元相位进行共轭相乘，可以得到表达式：

由上式可将导频的影响消除，为进一步实现更好的估计效果，可以将导频相邻的两个Js，k(i)再共轭相乘并求和。可得：

5）将每个传输帧的OFDM符号进行上述步骤，可以得到S个γ(s)的值。若γ模值取得最大值的时候，则其对应的位置就是传输帧的起始OFDM符号。

4 仿真分析

在Matlab平台下，仿真参数设置如下：采用51个OFDM符号，一个传输帧包含15个OFDM符号，一个传输超帧包含3个传输帧，所以从第7个OFDM符号插入时间导频，开始一个完整的传输超帧。IFFT长度为1024，循环前缀长度为256。信道模型：标准中∕短波信道（信道3），多径数为5，调制方式为16QAM。