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DRM系統(tǒng)采用OFDM調(diào)制方式，引入了先進的信源信道編碼和調(diào)制技術(shù)，使得AM波段的音頻廣播質(zhì)量大大提高，在保持現(xiàn)有10kHz帶寬時接近了FM廣播的質(zhì)量。
本文首先簡單介紹DRM系統(tǒng)，然后重點討論DRM測試接收機的設(shè)計背景、信號處理流程及硬件平臺的結(jié)構(gòu)。
1 DRM系統(tǒng)介紹
1.1 系統(tǒng)概述
DRM系統(tǒng)采用OFDM調(diào)制方式，具有多種傳輸模式，適用于多種信道和帶寬的傳輸方式，可以傳送音頻流及數(shù)據(jù)流。DRM標準同時提供了數(shù)模同播的廣播方案，可以將模擬與數(shù)字信號同時以同一載波頻率播出，有利于模擬廣播向數(shù)字廣播的平滑過渡。
DRM系統(tǒng)框圖如圖l所示，主要由三個邏輯通道組成：主業(yè)務(wù)通道(MSC)、業(yè)務(wù)描述通道(SDC)和快速訪問通道(FAC)。
FAC通道提供信號帶寬、調(diào)制方式和交織長度等信息;SDC通道提供如何解調(diào)MSC、如何找到相同數(shù)據(jù)的其他數(shù)據(jù)源，以及在復(fù)接器中為業(yè)務(wù)提供屬性等信息;MSC通道包含音頻或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，通過復(fù)接器對不同保護級別的數(shù)據(jù)和音頻業(yè)務(wù)進行復(fù)接，MSC最多可以包括四路業(yè)務(wù)，任何一路都可以是音頻或數(shù)據(jù)。
1.2 信源信道編碼
DRM的信源編碼采用先進的AACPlus等編碼技術(shù)，有效地提高了信源的壓縮比。
信道編碼采用基于卷積編碼的多級編碼(MLC，Multi-Level Coding)，可以分為標準映射(SM)、對稱分級映射(HMsym)和混合分級映射(HMmix)三種QAM映射類型。通過交織克服時間和頻率選擇性衰落，根據(jù)信道特性可以選擇2s的長交織或者0.4s的短交織。
1.3 導(dǎo)頻
DRM在所傳輸?shù)腛FDM碼元中插入了三種導(dǎo)頻信息，可用于接收機同步、均衡處理。其中頻率導(dǎo)頻主要用于接收機頻偏的估計;時間導(dǎo)頻用于接收機幀同步的計算;增益導(dǎo)頻用于接收機信道估計。
2 DRM測試接收機設(shè)計背景
我國已經(jīng)在部分地區(qū)進行了DRM系統(tǒng)的現(xiàn)場測試，測試效果令人滿意，這給DRM系統(tǒng)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
目前，國內(nèi)外采用的DRM接收機大多是基于PC的DRM軟件接收機，已經(jīng)比較成熟，但其應(yīng)用范圍終究受到一定限制。適于廣泛應(yīng)用的便攜式硬件DRM接收機目前還處于研制階段，尚未批量生產(chǎn)。而DRM系統(tǒng)只有在專用ASIC推出后才可以迅速降低接收機的成本，才能有利于DRM系統(tǒng)的推廣。
基于上述考慮，筆者設(shè)計了DRM硬件測試接收機。一方面是對硬件實現(xiàn)DRM接收機的一種探討，另一方面可以以此為原型機，進一步為設(shè)計擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的DRM接收機ASIC積累經(jīng)驗。為此，筆者將設(shè)計目標確定為：可以驗證DRM接收系統(tǒng)的各種算法，可以對相同模塊的不同算法進行比較，可以對算法的硬件可行性、穩(wěn)定性及復(fù)雜度進行評估。考慮到全數(shù)字接收機代替現(xiàn)有模擬接收機需要一個長期的過程，設(shè)計中同時考慮了數(shù)模同播的兼容性問題。
3 DRM測試接收機信號處理流程
根據(jù)數(shù)模同插的要求，在設(shè)計DRM接收機RF前端時采用了改造現(xiàn)有模擬收音機的方法。整合后的接收機既可以收聽模擬信號，又可以完成數(shù)字信號的處理，這樣就可以適應(yīng)數(shù)模同播的需要。下文主要討論數(shù)字接收機的信號處理過程。
測試接收機系統(tǒng)框圖如圖2所示。接收信號通過模擬收音機前端下變頻到中頻，將中頻信號引出，經(jīng)過濾波送入AD采樣，從而獲得中頻采樣數(shù)據(jù)。
中頻采樣數(shù)據(jù)通過正交解調(diào)得到基帶數(shù)據(jù)。首先通過碼元同步找到OFDM碼元的起始位置，然后通過FFT完成OFDM信號的解調(diào)，將時域數(shù)據(jù)變換到頻域，并利用頻率導(dǎo)頻信息計算并校正頻率偏差，因為OFDM系統(tǒng)對載波頻偏非常敏感，經(jīng)過頻率校正后，頻率誤差應(yīng)小于0.01倍子載波間隔。在此基礎(chǔ)上，利用時間導(dǎo)頻信息找到DRM系統(tǒng)的傳輸幀起始碼元，此后接收機從傳輸幀起始位置開始進行后續(xù)處理。
由于短波信道變化復(fù)雜，時域及頻域的選擇性衰落都很強，造成丁接收信號的幅度和相位受到嚴重干擾，在解高階QAM映射時會引入較大的誤差，框圖中的均衡模塊用來解決上述問題。DRM系統(tǒng)設(shè)計了增益導(dǎo)頻，分布在時間一頻率域上，利用增益導(dǎo)頻的信息進行信道均衡。
按圖2所示流程，從均衡后的數(shù)據(jù)中提取FAC單元并將其解碼，得到解調(diào)SDC的信息;再提取SDC單元，根據(jù)FAC的信息解碼SDC，得到SDC數(shù)據(jù)實體;最后提取MSC，根據(jù)FACSDC的信息解碼MSC。上述單元分別經(jīng)過解交織、解OAM映射、Viterbi譯碼、能量解擾等模塊的處理后，最后將MSC解復(fù)接后的數(shù)據(jù)進行音頻譯碼或者數(shù)據(jù)解碼。
4 DRM測試接收機硬件結(jié)構(gòu)
測試接收機基帶信號處理部分主要采用ARM與FPGA聯(lián)合處理的硬件平臺實現(xiàn)。ARM處理器可以在不改變硬件結(jié)構(gòu)的情況下，通過下載不同的軟件程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，這樣非常有利于不同算法的驗證，而且ARM公司可以提供處理器內(nèi)核，為進一步設(shè)計接收機ASIC奠定基礎(chǔ)。由于ARM以half-word(16 bits)為最小處理單位，所以用ARM處理器處理比特流信號會造成處理器資源的浪費，為此針對比特流信號的處理采用專用邏輯電路實現(xiàn)，在測試接收機中用FPGA實現(xiàn)。這樣，兩種處理器的特性可以形成互補，使硬件平臺設(shè)計比較合理。
