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1、DRM广播系统及接收机技术引言 LI 前匸作于中波和短波波段的调幅广播质量远远低于人们的收听要求，2004 年制定的数字音频广播DRM 技术标准，是一种在原中短波频带内，仍占用 9kHz （或 10kHz）带宽，可提供无干扰的接近调频立体声质量的广播技术。DRM 广 播是继调幅广播、调频广播之后的第三代广播方式，它的出现标志着广播系统正山模拟向数字体制过渡。 H前，国内外采用的DRM 接收机大多基于PC的 DRM 软件接收机，已经比较成熟，但其应用范围受到一定限制。因此为促进DRM 引言U前工作于中波和短波波段的调幅广播质量远远低于人们的收听要求，2004 年 制定的数字音频广播DRM 技术标
2、准，是一种在原中短波频带内，仍占用 9kHz （或10kHz）带宽，可提供无干扰的接近调频立体声质量的广播技术。DRM 广 播是继调幅广播、调频广播之后的笫三代广播方式，它的出现标志着广播系统正山模拟向数字体制过渡。 LI 前，国内外采用的DRM 接收机大多基于PC的 DRM 软件接收机，已经比较成熟，但其应用范圉受到一定限制。因此为促进DRM 系 统的推广，需要一种成本较低、可靠性高、体积小和携带方便的硬件DRM 接收 机。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。图1 和图 2 分别给岀了 DRM发射系统结构和接收终端原
3、理图。图 1 DRM发射系统原理图图 2 接收终端结构原理图DRM 系统关键技术DRM 关键技术包括OFDM 调制解调、信道佔计和同步等。OFDM 调制与解调技术OFDM 系统实现如图3 所示。发送数据在频域进行编码映射，经过IFFT 运算变换到时域：图 3 OFDM 调制 / 解调实现框图式中人吐表示第n 个符号，第 k 个子信道上调制的信号T 为子载波上的符号周期，子载波间的频率间隔为Af=l/T,整个符号周期为T+T ” g(t)为发送滤波器波形。经IFFT 后，频域信号调制到了各个正交的子载波上，完成了正交频分复用。每个OFDM 码元前加上保护间隔TC=LT/No 保护间隔大于最大时延
4、扩展，这样所有时延小于保护间隔的多径信号将不会延伸到下一个码元期间，因而有效地消除了码间吊扰。 OFDM 信号经加窗函数以降低带外信号的功率，经低通滤波后调制到主载频发射到信道。接收端的处理过程与发射端相反，信道岀来的信号先经过主载频解调，低通滤波A/D 转换及串并变换后，再进行FFT得到一个符号的数据。对所得数据进行均衡，以校正信道失真。然后进行译码判决和并串变换，恢复出原始的二元数据序列。表1 给出了 DRM系统 OFDM 参数。信道估讣是进行相关检测、解调和均衡的基础。DRM 系统在发送端适当位置插入导频单元，接收端利用导频恢复岀导频位置的信道信息，然后利用如内插、滤波、变换等处理手段，
5、获得所有时刻的信道信息。OFDM 信道佔计算法采用最小平方差 (LS)算法和线性最小均分差(LMMSE) 算法。其中 LS算法定义为：其中 k 的分布服从导频分布规律，田js 代表在子载波k 点经过 LS估计得到的信道信息， X是发送值，丫上是经过信道的接收值，M为噪声，其中条件方差为E (I Vk| 2 | Xj ) =2 5V | Xk | % LS算法计算量较少，但是其中的误差也大。为了减少误差影响，可以采用LMMSE 算法进行平滑，它是基于佔计信道的自相关函数 &和信道噪声方差 1 得到的，导频处的信道佔讣值为：其中 h% 和 11% 込是 LS和 LMMSE 估计得到的导频处的信道值
6、。信道相关矩阵为Rh=E(hhK)o X 是一个对角矩阵，其对角线上的值为相应的导频上的发送值，上标 H代表共扼转置。 LMMSE 要比 LS性能要好 4dB左右，但计算量LMMSE 要比 LS 复杂。在 DRM 系统中 , 用于信道估计的导频定义为P扌 se 和心巴通常 心巴对于一些边界子载波比尸 2。同步技术DRM 系统是连续传送模式，与基于802. 11a 标准的无线局域网的突发传输系统不同。突发传输模式的前缀码通常很短，这就要求能利用有限的前缀码实现快速同步。而连续传输模式中系统信息是连续传的。因此，接收机有更多的时间进行可靠的有效信号检测，然后进行的各种误差估计补偿。同步包括频率同步
7、、时间同步( 符号同步、定时同步)和采样频率同步。图4 给岀了 DRM同步 方案框图。图 4 DRM同步算法框图图 5 给岀了使用信道2( 典型中波 )、鲁棒模式 B、SNR 二 30dB时，对数据通道MSC 在同步和信道估计前后接收到的信号星座图仿真结果。从图中可以看出，经过同步、信道估计处理后，星座图明显改善。(a)同步和信道估计前(b)同步和信道估计后图 5 同步和信道佔计前后MSC (64QAM) 星座图接收机终端方案基于软件无线电的DRM 接收机 1) 基于 TMS320DM6446 的接收机硕件平台基于软件无线电技术DRM 接收机的硬件平台如图6 所示，考虑到具有体积小、可靠性高、
8、成本低及较好的实时性要求，采用TI 公司针对多媒体、低功耗手持设备应用开发的双处理器核芯片TMS320DM6446 为核心的硬件平台。利用DSP芯 片强大的信号处理能力，来完成OFDM 解调、信道解码及解复用任务，利用 ARM926完成音频、数据解码和系统的功能控制及管理。图 6 基于软件无线电结构的DRM 接收机该终端硬件平台包括调谐器、控制和DSP处理三个模块。调谐器模块主要山前端调谐器、混频器及滤波器组成，作用是为系统提供合适的中频信号。接收机前端应选用灵敬度高、动态范用大、集成度高的器件，这里选择ST公司的高性能车载收音机前端调谐器TDA7511,它包括混频、中频放大、自动增益控制、
9、AM/FM解调、 PLL锁相环和质量监测等，具有集成度高、所需外圉器件少和占用电路板面积小的优点，是射频前端的核心部件。控制模块主要III DM6446中的ARM9 组成，配以外圉电路实现系统的控制及管理。DSP处理模块是本终端的核心模块，主要 III DM6446中的 TMS320 C64x+ 组成，经模数变换后的数据流被送入 DSP,完成 DRM 信号的解调、信道解码及解复用任务，最后将结果输出给 ARM9,得到音频信号。调谐器的滤波器组是将空中接收到的信号划分为各个波段进行接收，以便滤除杂波，提高整个接收机的信噪比，增强灵敬度抬标。滤波器选择椭圆函数滤波器，其在通带和阻带内的频响都呈现等
10、波纹特性，其主要参数为滤波器阶数为 3 、通带内波动为 0.25dB、阻带内衰减为50dB、阻抗为 50Q和插入损耗为 6dBo TDA7511内部具有两个混频器，其先将天线收到的信号混频到10. 7MHz, 再将信号二次混频到 455kHz,然后模拟信号经过滤波、放大后送入外部混频器。外部混频器选用 PHILIPS 公司的 SA612芯片?，将455kHz模拟信号混频到12kHz中频 上。SA612是内部带振荡器和电压参考的双平衡混频器，具有低功耗、集成度高的优点，其振荡器可被配置为晶体或调谐操作模式，操作灵活。A/D 采样用于将 12kHz模拟信号数字化， A/D 芯片的采样率至少应大于2
11、4kHz （12kHz的 2 倍），这里选用 AD9225模数转换芯片。 AD9225为单电源供电、 12 位精度、 25MSPS拓速模数转换器，信噪比为71dB,杂散动态范禺为85dBo TMS320DM6446 是具有双核达芬奇架构的产品，具有高性能、低功耗、大存储容量和外设接口灵活等优点，可以增添接收机硬件平台性能、灵活性和可靠性。外接存储器连接到其 EMIF接口， III FLASH 和 SDRAM 组成。 FLASH选用一个512K8b 的AM29LV040B 芯片，用于存放应用程序，SDRAM 选用 16MB的 HY57V281620芯片。系统工作时， FLASH 中的程序在工作时
12、被复制到DM6446 的 内部存储空间，并在内部存储器中开始运行，而外部的16MB SDRAM 主要用于存储处理后的数据。为了更方便地与计算机交换数据，设置了RS232接口 /USB接 口。图 6 的调谐器部分也可采用Mirics公司 MS1001多频段移动广播调谐器，实现DRM 、模拟 AM 、FM和 DAB的多制式移动广播功能。2） DRM接收机软件总体流程接收机程序分两部分，其中C64x+ DSP主要完成 0FDM解调、信道解码及解复等功能，并将结果输出给ARM926, 然后 III ARM926 完成音频、数据解码和系统的控制及管理功能。其程序流程如图7 所示。图 7 DRM 接收机软
13、件总体流程图基于专用集成电路的DRM 接收机图 8 给出了基于 DRM 专用集成电路TMS320 DRM350 的多制式接收机方案。图 8 基于 TMS320 DRM350 的 DRM 接收机TMS320 DRM300/DRM350是 TI 公司推出的世界第一块支持DRM 标准的专用单芯片。RS500是 RadioScape 推出的基于 TI DRM300与 DRM350 芯片的模块，支持 DRM 、模拟AM 、FM和 DAB标准， RS500模块实现了图6 中的全部 DRM 接收机功能。以 RS500为基础，可以快速、低成本地开发岀可靠性高的多制式便携式 DRM接收机。图 8 就是一种成本较低、可幕性高、体积小和携带方便，可接收 DRM 、模拟 AM等多制式广播信号的接收机方案，外部MCU 单片机，通过I2C 控 制 RS500的配置及工作。结束语本文主要研究了 DRM系统设计技术，详细分析了 DRM关键技术的实现方法。数字广播逐渐取代模拟广播是必然的发展趋势，但在过渡期间二者是共存的。针对口前DRM 接收机大多是基于PC的 DRM 软件接收机，应用范圉受到一定限制，文章提出了两种成本较低、可靠性高、体积小和携带方便的多制式硬件DRM 接 收机方案。采用这种数字 . 模拟 AM混合接收机，可以促进DRM 系统的推广，实现从当前的模拟广播到数字广播的平滑过渡。
