DRM测试接收机设计与实现

2007-05-18 10:32:05来源: 电子技术应用
随着生活水平的不断提高.人们对音频广播的质量提出了更高的要求。但在传统的中短波频段广播中.由于中短波信道变化复杂、受干扰严重,且采用模拟幅度调制(AM),致使目前中短波广播的质量远远低于人们的收听要求。数字技术的迅速发展,为提高中短波广播质量提供了一种全新酌途径,音频广播从模拟到数字的过渡成为必然。

正是在上述背景下,DRM(Digital Radio Mondiale)系统应运而生。DRM系统采用OFDM调制方式,引入了先进的信源信道编码和调制技术,使得AM波段的音频广播质量大大提高,在保持现有10kHz带宽时接近了FM广播的质量。

本文首先简单介绍DRM系统,然后重点讨论DRM测试接收机的设计背景、信号处理流程及硬件平台的结构。

1 DRM系统介绍

1.1 系统概述

DRM系统采用OFDM调制方式,具有多种传输模式,适用于多种信道和带宽的传输方式,可以传送音频流及数据流。DRM标准同时提供了数模同播的广播方案,可以将模拟与数字信号同时以同一载波频率播出,有利于模拟广播向数字广播的平滑过渡。

DRM系统框图如图l所示,主要由三个逻辑通道组成:主业务通道(MSC)、业务描述通道(SDC)和快速访问通道(FAC)。

FAC通道提供信号带宽、调制方式和交织长度等信息;SDC通道提供如何解调MSC、如何找到相同数据的其他数据源,以及在复接器中为业务提供属性等信息;MSC通道包含音频或数据业务,通过复接器对不同保护级别的数据和音频业务进行复接,MSC最多可以包括四路业务,任何一路都可以是音频或数据。

1.2 信源信道编码

DRM的信源编码采用先进的AACPlus等编码技术,有效地提高了信源的压缩比。

信道编码采用基于卷积编码的多级编码(MLC,Multi-Level Coding),可以分为标准映射(SM)、对称分级映射(HMsym)和混合分级映射(HMmix)三种QAM映射类型。通过交织克服时间和频率选择性衰落,根据信道特性可以选择2s的长交织或者0.4s的短交织。

1.3 导频


DRM在所传输的OFDM码元中插入了三种导频信息,可用于接收机同步、均衡处理。其中频率导频主要用于接收机频偏的估计;时间导频用于接收机帧同步的计算;增益导频用于接收机信道估计。

2 DRM测试接收机设计背景

我国已经在部分地区进行了DRM系统的现场测试,测试效果令人满意,这给DRM系统的应用奠定了基础。

目前,国内外采用的DRM接收机大多是基于PC的DRM软件接收机,已经比较成熟,但其应用范围终究受到一定限制。适于广泛应用的便携式硬件DRM接收机目前还处于研制阶段,尚未批量生产。而DRM系统只有在专用ASIC推出后才可以迅速降低接收机的成本,才能有利于DRM系统的推广。

基于上述考虑,笔者设计了DRM硬件测试接收机。一方面是对硬件实现DRM接收机的一种探讨,另一方面可以以此为原型机,进一步为设计拥有自主知识产权的DRM接收机ASIC积累经验。为此,笔者将设计目标确定为:可以验证DRM接收系统的各种算法,可以对相同模块的不同算法进行比较,可以对算法的硬件可行性、稳定性及复杂度进行评估。考虑到全数字接收机代替现有模拟接收机需要一个长期的过程,设计中同时考虑了数模同播的兼容性问题。

3 DRM测试接收机信号处理流程

根据数模同插的要求,在设计DRM接收机RF前端时采用了改造现有模拟收音机的方法。整合后的接收机既可以收听模拟信号,又可以完成数字信号的处理,这样就可以适应数模同播的需要。下文主要讨论数字接收机的信号处理过程。

测试接收机系统框图如图2所示。接收信号通过模拟收音机前端下变频到中频,将中频信号引出,经过滤波送入AD采样,从而获得中频采样数据。

中频采样数据通过正交解调得到基带数据。首先通过码元同步找到OFDM码元的起始位置,然后通过FFT完成OFDM信号的解调,将时域数据变换到频域,并利用频率导频信息计算并校正频率偏差,因为OFDM系统对载波频偏非常敏感,经过频率校正后,频率误差应小于0.01倍子载波间隔。在此基础上,利用时间导频信息找到DRM系统的传输帧起始码元,此后接收机从传输帧起始位置开始进行后续处理。

由于短波信道变化复杂,时域及频域的选择性衰落都很强,造成丁接收信号的幅度和相位受到严重干扰,在解高阶QAM映射时会引入较大的误差,框图中的均衡模块用来解决上述问题。DRM系统设计了增益导频,分布在时间一频率域上,利用增益导频的信息进行信道均衡。

按图2所示流程,从均衡后的数据中提取FAC单元并将其解码,得到解调SDC的信息;再提取SDC单元,根据FAC的信息解码SDC,得到SDC数据实体;最后提取MSC,根据FAC、SDC的信息解码MSC。上述单元分别经过解交织、解OAM映射、Viterbi译码、能量解扰等模块的处理后,最后将MSC解复接后的数据进行音频译码或者数据解码。

4 DRM测试接收机硬件结构

测试接收机基带信号处理部分主要采用ARM与FPGA联合处理的硬件平台实现。ARM处理器可以在不改变硬件结构的情况下,通过下载不同的软件程序实现不同的功能,这样非常有利于不同算法的验证,而且ARM公司可以提供处理器内核,为进一步设计接收机ASIC奠定基础。由于ARM以half-word(16 bits)为最小处理单位,所以用ARM处理器处理比特流信号会造成处理器资源的浪费,为此针对比特流信号的处理采用专用逻辑电路实现,在测试接收机中用FPGA实现。这样,两种处理器的特性可以形成互补,使硬件平台设计比较合理。

4.1 模块划分


DRM系统设计了多种模式,不同模式的码率是不同的,在正交解调后需要变码率输出;Viterbi译码器也是以比特流为处理单位;考虑到这两个模块的算法特点及数据输出形式,将这两个模块放在FPGA中实现。

图2中所示的其他处理模块,特别是同步和均衡模块是接收机的关键模块,其性能好坏直接影响接收效果,并且根据今后现场测试的情况,其算法存在调整的可能性.因此这些模块通过ARM实现。需要对算法进行调整时,只需修改软件程序,重新载入ARM即可,硬件部分无需改动。以实现测试接收机便于对各种算法的性能进行验证和比较的目的。

4.2 硬件平台结构

测试接收机硬件平台如图3所示。FPGA采用XILINX公司的VirtexⅡXC2V500型芯片;ARM采用三星公司的S3C4510B型ARM7 TDMI芯片;ADC模块采用了AD公司14-bit的AD9243。FPGA与ARM之间通过双口RAM进行数据交互,使用HC245芯片作为地址和数据总线的驱动。

A/D采样后的中频数据送入FPGA做正交解调;FPGA将解调后的数据写入双口RAM同时给ARM产生中断信号;ARM响应外部中断,将数据读入、进行后续处理。

如图2中的流程,ARM在处理完解交织后,将处理后的数据写入双口RAM,同时向特定的地址写控制字,FPGA检测到控制字后,将数据读入.进行Viterbi译码。FPGA将Viterbi译码结果写入双口RAM,向ARM发出中断信号,ARM响应中断,将数据读入,再进行后续处理。

4.3 主控制程序流程圈


根据图2所示的DRM信号处理时序,图4为ARM基带处理主控制程序流程图,依次进行码元同步、整数倍频偏估计、帧同步及后续信道解码处理。上述过程实现了DRM接收机基带信道解码过程。

4.4 测试结果


测试信号采用模式C、10kHz带宽的DRM信号,信道采用标准中提供的2号信道模型,SNR=23dB,频偏为2倍子载波间隔。

测试结果示于图5中,其中图5(a)为未经过同步和均衡处理的数据星座图;图5(b)~(d)为接收信号通过硬件正交解调、同步、均衡、信道解码等模块后输出数据的星座图。从图5中可以看出,经过同步、均衡处理后,星座图明显改善,处理器有效地解出了三个通道的数据。

数字广播产业有广泛的市场前景,而拥有自主知识产权的接收机对民族工业具有特殊意义。本文讨论的DRM测试接收机信号处理流程及硬件平台的结构是对硬件实现DRM接收机的一次有益尝试。上述结构、算法已经在ARM7和FPGA的硬件平台上联调通过,验证了本文提出的信号处理流程及硬件平台的可实现性,但所验证的主要是基带信号处理功能,还没有包括接收机的全部.整个测试接收机的设计工作仍然需要进一步完善。

关键字:编码  调制  音频  逻辑

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/RFID/200705/1904.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
编码
调制
音频
逻辑

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved