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DAB发射系统编码器的设计及实现

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数字音频广播(DAB)是继调幅(AM)、调频(FM)广播之后的第三代广播。与现行广播相比,DAB具有音质好(CD质量)、可实现多媒体及高速移动接收、可加密、发射功率小、覆盖面积大、频谱利用率高、抗干扰能力强等优点。DAB传送的业务可以是多种多样的,除了普通的音频节目,它也可以传送任何形式的其它数据,比如文字、静止图像或活动影音。因此,人们也称DAB为数字多媒体广播(DMB)。

本文主要介绍了基于PC和Cyclone II EP2C20F484C7的FPAG上实现DAB发射系统编码器的软硬件设计,设计充分考虑了电路规模和资源利用的要求。本设计最终用于测试DAB/DMB接收机。

DAB发射系统编码器设计

DAB的发射系统主要包括处于节目提供商位置的信源编码器、处于广播台位置的复用器和处于发射位置的COFDM(编码正交频分复用)编码调制器,其中COFDM又可分为信道编码和OFDM调制两部分。DAB发射端的编码器主要包括解ETI(业务群传输接口)帧模块,信道编码模块,DQPSK调制模块,OFDM调制模块,上变频模块,数字滤波模块、USB接口模块等。其中信道编码模块包括能量扩散、可删除型卷积编码、时间交织、频率交织等。整个编码器的输入为来自复用器的ETI帧,输出为模拟中频信号,其结构框图如图1所示。

图1  DAB编码器设计框图
图1 DAB编码器设计框图

  

整个设计主要由PC端的软件编码和FPGA端的IFFT模块设计以及USB模块和DAC模块的PCB设计组成。PC端主要实现ETI帧的解复用,信道编码以及DQPSK调制,通过USB接口将调制后的数据传输到FPGA端,FPGA端接收数据并交由IFFT模块进行IFFT变换,这是实现OFDM(正交频分复用)的主要方法。IFFT输出的数据通过IF上变频器将基带信号变为中频,经数字滤波后送给DAC模块。最后,DAC模块将数字信号转换成模拟信号送入发射机,通过发射机发射出来,频率从BANDIII(165-240Mhz)到L波段(1452-1492Mhz)都可选。

  

PC端软件设计

  PC端软件主要实现ETI帧的解复用,信道编码(包括能量扩散,卷积编码,时间交织,频率交织),DQPSK调制。同时,通过厂商提供的驱动程序实现USB数据传输及USB模块的控制,以及提供PC人机界面,用户可以选择要传送的ETI节目并可设定其传送模式。其界面如图2所示。

图2 编码器PC界面
图2 编码器PC界面

(1) 解ETI帧:一个ETI帧中主要包括帧头信息(本帧及帧内各子通道的相关信息)和主业务流数据MST(包括音频数据码流和快速数据通道FIC)。首先我们需要将传输进来的ETI帧的同步信息和帧长信息提取出来,便于找到帧头。再根据ETI帧格式,提取FIC信息和主业务数据流信息。

(2) 信道编码:从ETI帧中提取出来的FIC数据和主业务流数据,将其进行能量扩散,再根据提取的各子信道保护等级信息,对各业务成分按保护等级进行可删除型卷积编码,然后对主业务数据进行时间交织,交织后的主业务数据复合成主业务信道(MSC)的CIF帧,FIC信息不经过时间交织,与CIF帧一起复合成DAB传输帧。同时,在PC端还实现了对DAB传输帧进行频率交织。

(3) DQPSK调制:数据信息在进行频率交织后,根据各载波的初始相位进行DQPSK调制,得到每个载波的调制相位信息。

(4) USB传输控制:DQPSK调制后的DAB帧通过USB接口传输到FPGA上的IFFT硬件模块。根据厂家提供的USB驱动编写相应的USB数据传输程序。

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