關于數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)信道編碼調(diào)制器設計分析

李 靜

國家廣播電影電視總局五九四臺，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內(nèi)容，為了滿足同一平臺上實現(xiàn)DAB/DRM的編碼調(diào)制實現(xiàn)，這里采用編碼正交頻分復用（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構建的，這些系統(tǒng)都是符合DAB以及DRM標準的。

1 數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)信道編碼模塊結構與功能

DAB系統(tǒng)包含兩個邏輯信道，分別為：主業(yè)務信道（MSC），快速信息信道（FIC），兩個信道分別對應于不同的編碼。其映射方案相同[1]。DRM系統(tǒng)包舍三個邏輯信道，分別為主業(yè)務信道（MSC），快速存取信道（FAC以及業(yè)務描述信遭（SDC）。三個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敝、編碼和比特交織以及比特映射等模塊構成。

1.1 能量擴散塊

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

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

1.2 卷積編碼模塊

考慮糾錯能力和實現(xiàn)復雜度的基礎上，基于存儲深度為6、相應的約束長度為7和26=64狀態(tài)的卷積碼可以實現(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行使用，而高的編碼率則是適用于要求較低的差錯保護，此時，應該進行對于基本碼(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，從而使得不等差錯保護根據(jù)數(shù)據(jù)的不同的重要程度而進行實現(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，每個邏輯信道應用正交幅度（QAM）調(diào)制，對于主業(yè)務信道（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)射臺根據(jù)信道傳播條件、希望達到的音頻質(zhì)量來選擇：對于快速訪問信道（FAC），采用4-QAM方案；而業(yè)務描進信道（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)制模塊結構與功能

對于目前已經(jīng)廣泛應用于無線廣播與通信領域的正交頻分復用（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)則而進行相關的傳輸幀的數(shù)據(jù)傳輸操作，同時對于相應的載波上傳送分配，這樣可以對于頻率選擇性造成的突發(fā)性差錯進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)務信道和快速信息信道里都應該進行相關的頻率交織工作。

3 數(shù)字聲音廣播編碼調(diào)制器實現(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，其主要的運算處理功能為可刪除卷積編碼、能量擴散、以及相關的符號映射、交織、單元到載波分配和IFFT等運算處理；對于應用模塊來說，往往則需要進行快速運算處理，要求設備可靠性高、體積小、成本低，所以往往選取具有較大運算復雜度和較高實行性要求等特點的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?？紤]到具有超高運算速度的，32位DSP的TMS320C6000，能夠使得信道編碼調(diào)制的全部運算任務利用單片機完成。另外，由于采用先進工藝的stratix系列，其具有多選114，140個邏輯單元，10Mbits的嵌入存儲器，優(yōu)化的數(shù)字信號處理（DSP）模塊和高性能I/O功能。

3.2 電路模塊結構與組成

本文設計的DAB/DEM系統(tǒng)信道編碼與調(diào)制模塊硬件，考慮到系統(tǒng)處理的實時性要求和輸入、輸出的接口。DSP外圍配置了非易失存儲器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)正常工作時加載程序和需要的查找表，以便DSP全速運行，同時也用于存放輸入數(shù)據(jù)、DSP運行的部分中間數(shù)據(jù)以及輸出數(shù)據(jù)；E1接口部分則用于接收復用器端傳輸?shù)拇幚淼臄?shù)據(jù)流，整個模塊處理完后的數(shù)據(jù)通過直接頻率合成芯片輸出中期信號給發(fā)射機。

3.3 數(shù)字聲音廣播犏碼調(diào)制器功艙實現(xiàn)

編碼調(diào)制器上電后，F(xiàn)PGA接收從El線路上傳來的復用罌數(shù)據(jù)流。完成幀同步、時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行IFFT運算，并進行保護間隔數(shù)據(jù)插入，結果傳送到FPOA中；通過FPGA將基帶調(diào)制信號傳輸?shù)街苯宇l率合成芯片進行中頻載波調(diào)制，最終輸出中頻信號。

4 結論

本文考慮到結合各模塊的具體設計，針對自行設計開發(fā)的DAB/DRM系統(tǒng)信道編碼調(diào)制設備關鍵技術進行分析。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，并考慮設計El接口和直接頻率合成芯片，上述的硬件平臺能夠滿足開發(fā)DAB/DRM系統(tǒng)信道編碼調(diào)制設備要求，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標準實時LDPC編碼器設計[J].電視技術，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現(xiàn)[J].計算機工程與應用, 2007，43(12).