（通信与信息系统专业论文）drm接收机系统的研究与设计.pdf

中文摘要 传统工作在3 0 m h z 以下的中、短波a m 广播，作为一种重要的无线传输媒 体具有调制技术简单，覆盖范围广，传播距离远以及接收机便携、廉价等优 点。但是随着数字技术、微电子技术和无线技术的飞速发展，一方面，很多传输 媒体都开始提供声音、图像和文本等多媒体信息，从中人们可真正感受到高质 量节目的优点；另一方面，a m 广播还处于传统的模拟技术水平上，特别是电 子通信业务的不断发展，a m 广播原有的电磁环境己变得越来越差，使其收听 效果大不如以前。由此，传统a m 广播受到了其它媒体的严重挑战，其处境将日 益艰难。寻找既能充分利用3 0 m h z 以下频率资源，发挥a m 广播传统的优良特 性，又可以改善其明显缺点的通信技术成为人们追求的目标。显然，a m 广播数 字化是解决该问题的最佳选择。 目前，数字声音广播系统有卫星数字声音广播( d s b ) 、数字音频广播 ( d a b ) 和数字调幅广播( d 蹦) 等三种方式。其中数字卫星广播不能应用在 地面广播传输系统中；d a b 是针对3 0 m h z 3 0 0 0 m h z 频段声音广播数字化的技 术，不能满足a m 广播频段数字化的要求；而工作在3 0 m h z 以下的d r m 技术 很好地解决了模拟a m 广播的数字化问题，现已成为数字a m 广播世界性的标 准，被指定为传统a m 广播的最终代替者。d r m 不但保留了a m 广播的传统优 点，而且解决了a m 广播的诸多缺点，如显著提高了声音质量，抗干扰能力加强， 且可提供多媒体信息等，更重要的是可实现a m 系统到d r m 系统的平滑过渡。 随着全世界对d r m 的不断重视，d r m 系统将会逐渐普及，而d r m 接收机 成为d r m 系统广泛应用的关键。本论文对d r m 标准进行了深入研究，根据 d r m 接收机系统的功能要求，在对多种设计方案进行详细比较的基础上，采用 d a v i n c i 平台完成一种基于软件无线电技术的d r m 接收机系统方案设计。此 外，为了满足项目研制过程中验证和测试d r m 接收软件、前端模块与d a v i n c i 目标板的通信等需求，本论文设计并实现了一种d r m 接收机试验平台。该平台 可完成将r f 前端接收到的模拟音频信号经声卡送至p c ，或将该信号经专用音 频a d 转换后的数字信号通过u s b 接口送至p c ，最后通过微机装载的d r m 接 收软件，验证算法与电路设计的正确性。同时该平台支持数据回传的功能，即将 p c 上d r m 接收软件处理完的音频数据经u s b 接口送至该平台上的d a 转换器， 将d r m 音频信息还原出来。该设计既可以验证算法与电路设计的正确性，也能 实现d r m 接收机的基本功能。 关键词：中、短波广播软件无线电d r m 接收机d a v i n c i 射频前端 a b s t r a c t a sak i n do fi m p o r t a n tw i r e l e s st r a n s m i s s i o nm e d i a ，t r a d i t o n a la mr a d i ow o r k i n g o ns h o r t - w a v ea n dm i d d l e - w a v eb e l o w3 0 m h z ，h a st h ea d v a n t a g e so fs i m p l e m o d u l a t i o nt e c h n o l o g y ，w i d ec o v e r a g e ，l o n gt r a n s m i s s i o nd i s t a n c e ，p o r t a b l ea n d c h e a pr e c e i v e r h o w e v e r ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fd i g i t a l ，m i c r o - e l e c t r o n i ca n d w i r e l e s st e c h n o l o g y ，o no n eh a n d ，f o ral o to fm e d i ap r o v i d e sa u d i o ，i m a g e ，t e x ta n d o t h e rm u l t i m e d i ai n f o r m a t i o n ，p e o p l ec a nr e a l l ye n j o yt h eh i g hq u a l i t yp r o g r a m m e s o nt h eo t h e rh a n d ，a mr a d i or e m a i n st r a d i t i o n a la n a l o gt e c h n o l o g y ，e s p e c i a l l yt h e d e t e r i o r a t i o no fe l e c t r o n i cm a g e n i ce n v i r o n m e n ta t t r i b u t e dt ot h ef a s td e v e l o p i n go f c o m m u n i c a t i o ns e r v i c e s ，t h u st h er e c e i v i n ge f f e c to fa mr a d i oi sn o ta se x c e l l e n ta s b e f o r e t h e r e f o r e ，f a c i n gs e r i o u sc h a l l e n g e s o fo t h e rm e d i a ，t h ee x i s t e n c eo f t r a d i t i o n a la mr a d i oi st h r e a t e n e dd r a m a t i c a l l y p e o p l el o n gf o rc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g yt h a tc a nm a k ef u l lu s eo ff r e q u e n c yr e s o u r c eb e l o w3 0 m h z ，k e e pg o o d f e a t u r e so ft r a d i t i o n a la mr a d i oa n di m p r o v et h en o t a b l es h o r t a g e s i ti sc o n s p i c u o u s t h a td i g i t a l i z a t i o no fa mr a d i oi st h eo p t i m a lc h o i c et os o l v et h ep r o b l e m n o w d a y s ，t h e r ea r et h r e em e t h o d si nd i g i t a lr a d i os y s t e m _ d i g i 诅ls a t e l l i t e b r o a d c a s t i n g ( d s b ) ，d i g i t a l a u d i ob r o a d c a s t i n g ( d a b )a n dd i g i t a lr a d i o m o n d i a l e ( d r m ) a m o n ga l lt h r e em e t h o d s ，d s rc a n n o tb ea p p l i e di ns y s t e mo f g r o u n dt r a n s m i s s i o n ，d a bi st h et e c h n o l o g yo fa u d i or a d i od i g i t a l i z a t i o nw h i c h f o c u s e so nt h ef r e q u e n c yp e r i o db e t w e e n3 0 m h za n d3 0 0 0 m h z ，s od a bc a n n o tm e e t t h ed e m a n do fd i g i t a l i z a t i o no fa n a l o ga mr a d i o d r mt e c h n o l o g y ，w o r k i n gb e l o w 3 0 m h z ，p e r f e c t l ys o l v e st h ep r o b l e mo fd i g i t a l i z a t i o no fa mr a d i o d r mh a sb e e n t h ew o r l ds t a n d a r do fd i g i t a la mr a d i oa n dw i l ld e f i n i t e l yr e p l a c et r a d i t i o n a la m r a d i o w h a ti sm o r e ，d r mn o to n l yk e e p st h et r a d i t i o n a ls t r o n gp o i n t so fa mr a d i o ， b u ta l s os o l v e ss e v e r a ld r a w b a c k so fa mr a d i o ，f o re x a m p l e ，i to b v i o u s l yi m p r o v e s a u d i oq u a l i t ya n da n t i d i s t u r b a n c ea b i l i t y ，a n do f f e r sm u l t i m e d i ai n f o r m a t i o na n ds o o n t h em o s to u t s t a n d i n ga d v a n t a g eo fd r ms y s t e mi st h es m o o t ht r a n s i t i o nf r o m a m s y s t e mt od r ms y s t e m w i t ht h ec o n c e l t l so fd r ma l lo v e rt h ew o r l d ，d r mr e c e i v e rw i l lb e c o m et h ek e y p o i n to fp o p u l a r i t yo fd r ms y s t e m t h i sp a p e rs t u d i e st h ed r ms y s t e mp r o t o c o l d e e p l y a c c o r d i n g t ot h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n to fd r mr e c e i v e rs y s t e ma n ds p e c i f i c c o m p a r i s o na m o n g s e v e r a ls o l u t i o n s ，t h ep a p e ra p p l i e sd a v i n c ip l a t f o r mt oc o m p l e t e t h ed e s i g no fd r mr e c e i v e rs y s t e mb a s e do ns o f t w a r er a d i ot e c h n o l o g y f u r t h e r m o r e ， t h ep a p e rd e s i g n sa n dc o m p l e t e sak i n do fe x p e r i m e n t a lp l a t f o r mo fd r m r e c e i v e ri n o r d e rt ot e s t i f yd r mr e c e i v e rs o f t w a r ea n dm e e tt h ec o m m u n i c a t i o nr e q u i r e m e n to f r fm o d u l ea n dd a v i n c ie v m t h ep l a t f o r mc a np u tt h ea n a l o ga u d i os i g n a lf r o mr f m o d u l et op ct h r o u g hs o u n dc a r d ，o rp u tt h ed i g i t a ls i g n a lf r o ma d c o n v e r t e rt op c t h r o u g hu s bi n t e r f a c e f i n a l l y ，t h ed r m r e c e i v e rs o f t w a r ea n dc i r c u i td e s i g nh a v e b e e np r o v e db yd r mr e c e i v e rs o f t w a r eo np c m e a n w h i l e ，t h i sp l a t f o r ms u p p o r t st h e d a t ar e t u r n i n gf u n c t i o n ，t h a ti st os a y ，t h ed a t ap r o c e s s e db yp cr e t u r n st od a c o n v e r t e rt h r o u g hu s bi n t e r f a c e ，t h e nt h ed r m a u d i os i g n a lc a nb er e c o v e r e d t h i s d e s i g nn o to n l yv e r d i c t ss o f t w a r ea n dc i r c u i td e s i g n ，b u ta l s om o s t l ya c c o m p l i s h e s t h e f u n c t i o n so fd r mr e c e i v e r k e yw o r d s ：m i d d l e - w a v ea n ds h o r t w a v er a d i o ，s o f t w a r er a d i o ，d r m r e c e i v e r , d a v i n c i ，r fm o d u l e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者魏傅荔签字日期：叩年，月；p 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞鲞盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：僦、无 签字同期：7 细7 年月岁p 日 新躲到祥 签字日期：抄7 年 ，月乡p 日 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 传统a m 广播作为一种重要的无线传输媒体具有调制技术简单，覆盖范围 广，传播距离远以及接收机便携、廉价等优点。但是随着数字技术和无线技术 的飞速发展，无线广播传输系统如f m 、d a b 和卫星等技术都得到了很大的提 高和广泛的应用，而a m 广播还仍停留在传统的模拟水平上，其明显的易受干 扰、业务单一、声音质量低等缺点，迫使它不得不寻求技术上的彻底改变，以 满足广大a m 广播爱好者的需求。a m 广播的数字化是解决这一问题的最佳选 择。 d r m ( d i g i t a lr a d i om o n d i a l e ) 技术作为数字a m 广播唯一的世界性标准， 正是在这样的背景下发展起来的。d r m 很好地解决了模拟a m 广播的数字化问 题，被指定为目前传统a m 广播的最终代替者。它不但保留了a m 广播的传统 优点，而且解决了传统a m 广播的诸多缺点，如显著提高了a m 广播的声音质 量，抗干扰能力大大加强，提高传输质量等。另外可以实现当前a m 系统到 d r m 系统的平滑过渡，给运营商和设备制造商带来充分的调整时间。 目前，国外d r m 广播已经开始试播，接收机的功能样机在技术上已经成 熟，高性能、便携式的d r m 接收机产品也已经面世并进入市场；在国内， d r m 的发展也很快，很多科研机构正在着手d r m 系统的攻关研究，通过引进 和吸收国外的先进技术，在全国大部分的省市完成了d r m 的试播与测试，并取 得了阶段性的成功。随着国家对d r m 的不断重视，d r m 系统将会逐渐普及， 而拥有我国自主知识产权的d r m 接收机成为d r m 系统广泛应用的关键。本课 题就是在这样的背景下产生的。 1 2 课题介绍 本项目的主要目的是开发拥有自主知识产权的d r m 接收机，系统以t i 公 司新型d s p 芯片d a v i n c i 为核心处理器，配以射频前端电路，完成d r m 信号的 射频接收、a d 转换、基带和信源数据处理及音频输出等基本功能，同时实现其 他智能化辅助功能的设计。本系统的主要优势在于： 令d a v i n c i 平台以一个高性能c 6 4 + 的d s p 内核和一个a r m 9 的微处理器 天津大学硕士学位论文第一章绪论 内核的双核结构作为处理核心； 以通用d s p 为平台，充分利用d s p 数据处理能力强的特点，完成d r m 接收机大量复杂算法的运算； 以a r m 为平台，通过实时操作系统完成对d r m 系统的维护、管理和 资源优化，可为d r m 接收机提供界面显示、键盘操作、u s b 接口和以 太网口等丰富的人机接口： 令专用音频a d a 转换器，为d r m 接收机提供高精度的音频采样和高保 真的音频输出； 令通用可编程的硬件平台。d a v i n c i 开放式的结构允许第三方基于固定的 硬件平台，开发d r m 应用软件，并很方便地将软件移植到硬件平台， 实现d r m 功能的快速升级。 1 3 论文的主要工作和创新点 论文完成了以下主要工作： l 、对d r m 标准进行了深入研究。 2 、采用d a v i n c i 平台完成的一种基于软件无线电技术的d r m 接收机系统 方案设计。 3 、设计并实现了一种基于p c 的d r m 接收机试验平台，该平台可验证d r m 接收软件和电路设计的正确性。 4 、为了在设计初期，实现d r m 接收前端与d a v i n c ie v m 板通信，完成了 d r m 接收前端与d a v i n c ie v m 板通信接口的设计。 论文的创新点： 1 对d r m 标准的研究与应用。d r m 标准作为当前全世界唯一能够同时服 务于长、中、短波频段的非专利的数字广播系统标准，被设计为目前模拟a m 广 播的最终替代者，在信号的处理和接收方面运用了一系列当今先进的技术，包括 a a c 音频编码技术、s b r 频带复用技术、c o f d m 技术、q a m 正交幅度调制 技术等等。随着人们对d r m 的不断关注，本课题所研究的d r m 接收机成为d r m 系统快速普及的关键。 2 基于d a v i n c i 平台的d r m 接收机系统的设计与开发。充分利用d a v i n c i 技术d s p + a r m 的双核结构，使用高性能的d s p 核完成d r m 大量复杂的运算 量，而基于功能强大的a r m 核为d r m 接收机开发以太网口、u s b 接口、显示 器接口以及键盘接口等丰富的外设接口。d a v i n c i 支持多种实时多任务的操作系 统，可完成对d r m 接收机系统的维护、管理和资源优化，同时d a v i n c i 开放式 天津大学硕士学位论文第一章绪论 的结构允许第三方基于硬件平台对d r m 应用软件的开发和移植，方便d r m 机 收机功能的快速升级。 3 d r m 接收机试验平台的设计与实现。该平台包括d r m 射频接收、a d a 转换、数据缓存等模块，留有模拟音频输出接口、u s b 接口和与d a v i n c ie v m 板通信接口，可实现将r f 前端接收到的模拟音频信号经过声卡送至p c ，或将 该信号经专用音频a d 转换后的数字信号通过u s b 接口送至p c ，通过微机装 载的d r m 接收软件验证算法与电路设计的正确性；同时该平台支持数据回传的 功能，即将p c 上的d r m 接收软件处理完的音频数据经过u s b 接口送至该平台 上的d a 转换器，将d r m 音频信息还原出来。该平台既可以验证算法与电路设 计的正确性，也可实现d r m 接收机的基本功能。 1 4 论文结构 本论文分为五个部分： 。 第一章是绪论，主要介绍了本课题的来源、意义和任务，以及简要概述了本 论文完成的工作和创新点。 第二章简单介绍了d r m 系统的产生背景、基本原理和设计要求。 第三章根据d r m 接收机的功能要求，提出了多种设计方案，经过详细比较 之后，最终选择了基于d a v i n c i 平台的d r m 接收机系统设计方案。通过对d a v i n c i 的硬件结构和工作原理的介绍，最后给出了基于d a v i n c i 平台的d r m 接收机的 系统框图。 第四章详细介绍了一种d r m 接收机试验平台的设计与实现。其中包括两种 d r m 接收机r f 接收前端的设计与实现、a d a 转换模块和数据缓存模块的设 计、u s b 接口模块的设计与实现以及与d a v i n c i e v m 板通信接口的电路设计。 第五章对全文做简单的总结并提出展望。 最后是致谢词。 1 5 本章小结 本章首先介绍了课题的产生背景，然后介绍了课题的主要任务以及本论文的 完成的主要工作和创新点，指出本课题的内容达到相当高的技术水平，所作的研 究具有重要的社会效益和巨大的潜在经济效益。最后介绍了本文的结构。 天津大学硕士学位论文第二章d r m 系统的发展和基本原理 第二章d r m 系统的发展和基本原理1 l 1 9 l 2 1d r m 系统的产生背景 2 1 1 传统a m 广播的优缺点 a m 广播研发于二十世纪早期，工作在3 0 m h z 以下的长、中、短波波段， 依靠简单调制技术的支撑和大量广播公司的支持，a m 广播听众迅速增多，使得 a m 广播在全球快速普及。伴随着晶体管及之后集成电路的出现和发展，a m 广 播接收机的实际成本大幅度下降，同时尺寸和重量减少且便携性不断增强，特别 是显著的低功率消耗，有效延长了接收机电池的工作持续时间，上述优点使得 a m 广播拥有广泛的收听爱好者。 a m 广播时至今日还拥有着广泛的市场，归因于其特有的频率特性和a m 广 播的发射、接收的简易性，它的优点有： a m 广播频段具备唯一的，在频谱的其他部分不拥有的传播优势覆 盖范围广，传输距离远且稳定。 夺调制技术简单，使用不很复杂的幅度调制技术即可以把要传输的信号加 载到载波发射出去。 夺接收机简单廉价，利用包络检波技术能很容易从已调波中恢复出调制信 号。 令其既适合于固定和便携接收，也适合于高速移动接收。 发射机是基于地面的设备，维护相对容易。 但是由于a m 广播采用幅度调制以及工作频带比较窄，还存在以下缺点： 1 ) 在传输过程中易受干扰，传输质量不高，接听效果不好。对中波来说， 由电离层引起的多径传播带来的频率选择性衰落严重影响传输质量；对短波来 说，不仅存在同频、邻频干扰，电离层的变化也会影响收听质量。 2 ) 业务单一。一部发射机使用一个载波频率，传送一套单声道声音广播节 目，不能实现多媒体广播。 3 ) 对广播电台而言，模拟a m 广播存在能量利用率低的问题。a m 发射功 率中的很大一部分是损耗在载波发射上( 例如，当平均调制度m = 0 3 时，载波功 率占发射总功率的9 7 5 ) 。现实中的a m 广播发射机功率都很大，因此需要相 当高的运行成本。 4 天津大学硕士学位论文 第二章d r m 系统的发展和基本原理 2 1 2 传统a m 广播面临的挑战及解决办法 大量广播公司和连续广播的存在，使得a m 广播仍然有很大的市场影响力， 但a m 广播市场在渐渐衰退的事实同样清晰可见。其它无线广播传输系统，如 能够提供优质声音质量的f m 、蛆和卫星，无情地在与a m 广播争夺听众。 随着数字技术的飞速发展，a m 广播的发射却仍然停留在传统模拟信号的水平 上，受到了前所未有的严重挑战。随着多媒体的发展，人们真正感受到高质量 的节目，不再满足传统a m 广播的收听效果。再者，由于电子通信业务的不断发 展，广播原有的电磁环境已变得越来越差，传统模拟a m 广播的收听效果已大 不如以前。而且随着无线通信的不断发展，广播的频带范围受到了其它通信行 业如移动通信等频率资源不断扩张的巨大威胁。可以说，模拟a m 广播的处境将 日益艰难。因此，寻找a m 广播的出路，使之适应时代的要求已经迫在眉睫。 如何既能充分利用3 0 m h z 以下频率资源，发挥a m 广播传统的优良特性，又可 以改善它明显的缺点成为解决问题的关键。a m 广播数字化是解决这一问题的 最佳选择。 2 1 3d r m 标准的提出 目前，数字声音广播系统有卫星数字声音广播d s b ( d i g i t a ls a t e l l i t e b r o a d c a s t i n g ) ，数字音频广播d a b ( d i g i t a la u d i ob r o a d c a s t i n g ) 和数字调幅广播 d r m ( d i g i t a lr a d i om o n d i a l e ) 等三种方式。其中数字卫星广播不能应用在地面 广播传输系统中；d a b 是针对3 0 m h z 3 0 0 0 m h z 频段声音广播数字化的技术， 不能满足a m 广播的数字化的要求；而工作在3 0 m h z 以下，技术上日渐成熟的 d r m 技术可以很好地解决了模拟a m 广播的数字化问题，d r m 系统被设计为 目前模拟a m 广播的最终替代者。d r m 的各种先进技术决定它比模拟a m 广播 有不可比拟的优越性： 1 、具有国际通用的数字a m 技术标准。d r m 系统是在全世界范围内使用 的统一的开放、非专利的数字a m 标准，仍使用原有的3 0 m h z 以下的长波、中 波和短波频段，且仍使用现有的发射台、现有的频率，不需要新增频谱或规划， 不存在十分复杂的频率重新规划问题； 2 、在相同覆盖的情况下，d r m 发射机比模拟a m 发射机的功率可降低四 分之三以上即6 - - - - 8 d b ，降低能耗，提高了发射机效率和经济效益；反之如果保 持同等功率等级，信号的覆盖范围将得到极大的扩展； 3 、显著提高a m 广播的声音质量，在保持现有带宽9 k h z 或1 0 k h z 的情况 下，利用音频数据率压缩技术和d s p 技术，可达到f m 广播的声音质量，如果 天津大学硕士学位论文 第二章d r m 系统的发展和基本原理 带宽加倍，可达到c d 的音质； 4 、由于是数字信号的传输，避免了电离层衰落和多径传输造成的干扰，极 大增强了抗干扰能力，确保了a m 广播信号传送和接收的可靠性； 5 、能够最大限度地再利用当前的广播设施，可以实现模拟与数字信号同播， 并且能逐步向全数字化过渡； 6 、在传送广播节目的同时，能携带附加的数据信息业务，扩展了服务内容； 7 、对现有的中短波广播发射机进行数字a m 广播技术改造，费用低廉。只 要添加部分设备，便可将原有的p d m 、p s m 、d x 系列发射机组成d r m 传输发 射系统； 8 、接收机体积小、价格低廉、便携，还可以移动接收； 9 、支持单频网( s f n ) ，提高频谱的利用率。 通过以上可以看出，d r m 赋予a m 广播新的生命，是传统a m 广播的出 路与未来。 2 2d r m 系统概述 d r m ( d i g i t a lr a d i om o n d i a l e ) 即数字a m 广播联盟，现已成为d r m 标准， 是当前全世界唯一能够同时服务于长、中、短波频段的非专利的数字广播系统标 准。它适用于频率在3 0 m h z 以下的包括短波( s w ) 、中波( m w ) 和长波( l w ) 在内的数字无线广播，基于c o f d m 的核心技术，是改变a m 广播弱点的技术创 新。将来有可能实现对a m 广播、f m 广播和d a b 采用统一的d r m 方式一体化接 收 3 1 。 当前3 0 m h z 以下无线电广播频道带宽为9 k h z 或1 0 k h z 。d r m 系统可以应 用于： ( 1 ) 标准带宽内，以满足当前规划的情况； ( 2 ) 半带宽内( 4 5 k h z 或5 k h z ) ，允许与模拟a m 信号进行联播； ( 3 ) 双倍带宽内( 1 8 k h z 或2 0 k h z ) ，在频率规划允许的时候，可提供更大 的传输容量。 2 2 1d r m 的发展简史 1 9 9 6 年，国际上一些大广播机构、网络运营商、科研机构和设备制造商在 巴黎举行了一次会议，会议决定成立专家组，来定义一个称作d i g i t a lr a d i o m o n d i a l e ( 即d i ) 的正式组织。 1 9 9 8 年d r m 协会在中国成立，签署了数字a m 广播谅解备忘录。 6 天津大学硕士学位论文 第二章d r m 系统的发展和基本原理 2 0 0 1 年e t s i ( 欧洲电信标准协会) 公布了d r m 系统规范。 2 0 0 3 年6 月1 6 日d r m 组织在日内瓦召开i t u 无线电行政大会上最终通过 有关数字广播技术标准，这标志着d r m 成为全球性的数字a m 标准，也标志着 3 0 m h z 以下的广播新时代的开始。 迄今为止，全球已经有7 0 多个广播商在中波波段和短波波段开始了d r m 的直接广播。 2 2 2d r m 国际、国内的发展状况 在2 0 0 1 年柏林国际电子消费品展览会期间，d r m 系统首次进行试验演示 与公众见面，作为网络运营商的t - s y s t e m 与发射机研制商t e l e f u n k e n 和接收机研 制商c o d i n gt e c h n o l o g i e s 合作，成功接收到了德国广播电台和德国之声等电台的 d r m 广播。2 0 0 2 年夏季在欧洲广播中心( b r o a d c a s t i n gc e n t e re u r o p e b c e ) 首 次使用原有的一些5 0 0 k w 大功率模拟短波发射机进行数字广播试验，试验结果 被评价为“这些试验的音频质量和稳定性是令人惊异的，震撼了每一个喜爱短波 广播的听众的心。”【5 】其它启动d r m 广播的广播电台还有b b c 、v o r 、法国国 际广播电台等。在接收机方面，经过了由第一代的功能样机研制到第二代的开发 的基于d s p + f p g a 形式的体化接收机，再到目前第三代基于专用d r m 接收机 芯片的接收机的研制，如t i 平1 r a d i o s c a p e 公司合作推出了标准d r m 的全球首批 a s i c 芯片及模块t m s 3 2 0 d r m 3 x x 。目前d r m 接收机的技术已经成熟，产品 已投入市场，在欧洲每部接收机的价格大约在5 0 0 欧元左右。 1 9 9 8 年3 月d r m 组织在中国启动以来，我国一直致力于d r m 技术的研发 与推广。2 0 0 2 年4 月国家广电总局无线电台管理局与d r m 组织成员之一的法国 t h a l e s ( 原t h o m c a s t ) 公司合作，对位于海南的一台5 0 0 k w 短波发射机进行了 改造，以d r m 方式传输数字声音广播节目，并在距离海南2 0 0 0 多公里的北京 成功地进行了接收。从2 0 0 3 年至今，在引进和吸收国外d r m 先进技术的基础 上，国家广电总局在北京、天津和山东等多个省市进行了d r m 广播的试播与接 收，都获得了阶段性的成功，证明了d r m 在我国大面积推广和应用的可行性。 我国对d r m 的研究和开发取得了很大的进展，但是目前对发射机的改造技术还 必须依靠国外进口，接收机的研制也还停留在国外功能样机参考的水平上，而国 外的d r m 专用a s i c 芯片及模块并不对中国开放。因此开发拥有我国自主知识 产权的d r m 接收机显得至关重要。本课题就是在这样的背景下提出的，本项目 的主要任务也就是在通用的处理器平台上，开发和研制拥有自主知识产权的 d r m 接收机。 天津大学硕士学位论文第二章d r m 系统的发展和基本原理 2 3d r m 系统结构 d r m 系统主要包括信源编码、复用、信道编码和o f d m 四个部分。如图 2 1 所示。 ；纛厣翟 圈吨韭酽 巴型一蕊餐鸽lo 瑶 ； 数撬沙l 卜二二柳 复 源编码模块南逻保护一 列 e 咝曜f 嚣 酽 ) 骨 信遭编码模块 译 ； 了e 嫒 f 信息 i ll 三翌广i 垫i 射 器 ；s。c湘信息ii。盯匕叫 图2 id r m 系统结构框图 ( 1 ) 信源编码部分包括适用于音频信号的源编码器和适用于数据流的预编 码器两部分，它们将输入的数据流变换成适当的数字传输格式。信源编码根据输 入信号的特性，删除冗余信息以降低码率，为全系统提供符合d r m 标准源编码 格式要求的音频源文件和数据源文件。音频源编码器还具备音频压缩功能。两种 编码器的输出都包含需要不同保护等级的两部分，可在信道编码器中应用不同的 误码保护，来提高系统在易发错误的频道中的性能。所有的业务都使用统一的这 两种保护等级。 d r m 系统信源分为3 个业务，并对不同的输入业务分别处理： 1 1m s c ( m a s t e rs e r v i c ec h a n n e l 主业务信道) 处理音频、数据流输入信号。 传输数据比特率取决于信道带宽和传输模式，帧周长为4 0 0 m s 。 2 1f a c ( f a s ta c c e s sc h a n n e l 快速存取信道) 将发射端的复用器复合了的 业务种类信号带宽及信道编码参数等信息提供接收端，帧周期为4 0 0 m s 。 3 1s d c ( s e r v i c ed e s c r i p t i o nc h a n n e l 业务描述信道) 用作向接收端提供解 码信息和复用器中各种业务的属性及特征信息，帧周期为1 2 0 0 m s 。 快速访问信道( f a c ) 信息和业务描述信道( s d c ) 信息是d r m 系统为了 在接收端解调时提高系统的可靠性而特有的辅助信息，它们经过预编码后，采用 常规保护。 ( 2 ) 复用器用于合成所有数据和音频的保护等级。不经过复用器的信道有 f a c 和s d c 。 天津大学硕士学位论文第二章d r m 系统的发展和基本原理 ( 3 ) 能量扩散是为减少系统模型导致传输信号以不期望的规律性变化的可 能性，而提供判定选择性互补的比特。 ( 4 ) 信道编码是通过增加信息冗余来保证传输的准确无误差，并将数字编 码信息映射到q a _ m 单元中。 ( 5 ) 单元交织使相邻的q a m 单元在时域和频域都尽可能地分开来传送， 以保证在时间频率扩散信道中可靠地传输，接收端经过去交织，恢复信号原有 的顺序，出现差错时，容易予以修正。 ( 6 ) 导频发生器通过与信道共同解调而使接收机能获取信道状态信息。 ( 7 ) o f d m 映射单元收集不同类型的单元并将其映射到时间频率格中。 ( 8 ) o f d m 信号发生器采用统一的时间索引，把每一个单元组都转化成信 号的时域样本。通过插入周期性重复的信号片段作为保护间隔，源源不断地产生 o f d m 信号。 ( 9 ) 调制器是将数字的o f d m 信号转换成空中传播的模拟信号，然后发送 出去，这一操作包括d a 转换及按照频谱要求加以过滤。 2 4d r m 系统主要技术特点 d r m 在信号的处理和接收方面运用了一系列当今先进的技术，包括： 1 、a a c ( a d v a n c e da u d i oc o d i n g ) 高级音频编码技术： 2 、s b r ( s p e c t r a lb a n dr e p l i c a t i o n ) 频带复用技术； 3 、m s c ( m u l t i p l e x i n gf o rt h em a i ns e r v i c ec h a n n e l ) 主信道复用技术、f a c ( f a s t a c c e s sc h a n n e l ) 快速访问技术和s d c ( s e r v i c ed e s c r i p t i o nc h a n n e l ) 业务描述技 术； 4 、c o f d m ( c o d e do r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 编码正交频分 复用技术； 5 、q a m ( q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n ) 正交幅度调制技术。 2 4 1 信源编码 信源编码的主要任务是解决数据存储、交换、传输的有效性问题。即通过对 信源数据率的压缩，力求用最少的数码传递最大的信息量。在进行信源编码时， 既希望最大限度地降低码率，又希望尽可能不要对节目造成损伤，以便听不出数 据压缩的节目与原版节目的差别。二者是相矛盾的，只能根据不同节目的特点和 不同的需要折衷选择合适的压缩程度。 众所周知，数字音频信号的质晕是由其数据率决定的，音频数据率越高，在 9 天津大学硕士学位论文第二章d r m 系统的发展和基本原理 信道上传输的数据率也越高，所需的射频带宽也就越宽。d r m 系统规定使用与 模拟a m 广播相同的频道宽度( 9 l ( h z 或1 0 k h z ) ，在条件允许的情况下，最多可 以使用到加倍的带宽( 1 8 k h z 或2 0 k h z ) 。在这样窄的带宽限制下，为了得到好 的声音信号质量，除了选择相应的信道编码和调制方法外，十分重要的一点是选 择相应的信源编码方法，要求信源编码的比特率为从8 k b s ( 半信道) 到2 0 k b s ( 标准信道) 左右，最高约7 2 k b s ( 双信道) 。出于经济的原因，必须尽可能充 分有效地利用所提供的频谱。因此，首先要考虑使用高效的语音编解码器。其中 有两种不同的编码器，即仅仅为语音的编码所开发的语音编码器和为任何形式的 声音及噪声设计的音频编码器。 在d r m 系统中，信源编码方法是最关键的技术之一。为了在给定的传输比 特率下提供更好的节目质量，d r m 系统使用了属于m p e g - 4 的不同信源编码方 案，以适应在d r m 广播中不同节目( 音乐语音) 的不同带宽需要：( 1 ) m p e g 4 子集a a c ( a d v a n c e d a u d i oc o d i n g ：先进音频编码) ，包括抗差错强壮性处理， 用于普通单声道和立体声广播。( 2 ) m p e g - 4 子集c e l p ( c o d ee x c i t e dl i n e a r p r e d i c t i o n ：码本激励线性预测) 语音编码，用于单声道语音广播，适用低比特率 的系统，或者在要求较高的抗差错强壮性的情况下应用。) m p e g - 4 子集h v x c ( h a r m o n i cv e c t o re x c i t a t i o nc o d i n g ：谐波矢量激励编码) 语音编码，用于很低 比特率和抗差错强壮性单声道语音广播，特别适合于基于语音数据的应用。 2 4 2 频带恢复( s b r ) 技术 除了上述的编码方法外，在d r m 系统中还应用了频带恢复( s b r - - s p e c t r a l b a n dr e p l i c a t i o n ) 技术，它是一种在低比特率情况下获得完全音频带宽的音频编 码增强方法，它可以与a a c 和c e l p 联合应用如图2 2 所示，构成目前能力最 强的压缩方法。 酉司岛黢枣 镪铲r _ 学 型一最 厶竞恕f 标准房式 婶栌觥 从cl 。“。p 。 羽超凳凳型 豫码擎卜赫e