DAB接收機(jī)的樣機(jī)設(shè)計(jì)

作者：西安電子科技大學(xué) ISN國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 齊志強(qiáng) 蔣佳

　　與現(xiàn)行廣播相比，數(shù)字音頻廣播（DIGITAL Audio Broadcasting，簡(jiǎn)稱DAB）這種新的傳輸系統(tǒng)憑借其諸多優(yōu)點(diǎn)而引起了國(guó)際通信行業(yè)的矚目，并獲得了迅速的發(fā)展。我國(guó)廣播電影電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《30～3000MHz地面數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》自2006年6月1日起實(shí)施。 該標(biāo)準(zhǔn)是DAB標(biāo)準(zhǔn)，適用于移動(dòng)和固定接收機(jī)傳送高質(zhì)量數(shù)字音頻節(jié)目和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
    
    由于手機(jī)電視將為2008北京奧運(yùn)提供服務(wù)，國(guó)內(nèi)多家單位已積極致力于DAB的研制開(kāi)發(fā)。本文將介紹DAB接收機(jī)的樣機(jī)設(shè)計(jì)。
    
    系統(tǒng)的性能要求
    
    歐洲D(zhuǎn)AB系統(tǒng)規(guī)定了4種模式，本設(shè)計(jì)采用的是第1種模式，具體參數(shù)如表1所示。其中，L表示一幀的符號(hào)數(shù)，K表示每個(gè)符號(hào)的子載波個(gè)數(shù)，TF表示一幀的持續(xù)時(shí)間，TNULL表示空符號(hào)持續(xù)時(shí)間，Ts表示每個(gè)符號(hào)的持續(xù)時(shí)間，Tu表示有效符號(hào)的持續(xù)時(shí)間，Δ表示保護(hù)間隔的持續(xù)時(shí)間。
    
　    
     
    表1 第1種DAB傳輸模式的具體參數(shù)
    
    采用這一模式的設(shè)計(jì)要求為：帶寬1.536MHz，載波頻率174～240MHz，誤碼率不超過(guò)10-4。
    
    方案原理及設(shè)計(jì)思路
    
    1 方案原理框圖
    
    DAB接收機(jī)原理框圖如圖1所示。DAB接收機(jī)將從天線接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)高頻頭轉(zhuǎn)為中頻模擬信號(hào)，放大后進(jìn)行A/D變換，得到數(shù)字信號(hào)。其中A/D采樣時(shí)鐘受晶振VCXO的控制，采樣時(shí)鐘偏移由采樣時(shí)鐘同步部分估計(jì)得到。A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)一路做AGC檢測(cè)去控制高頻頭的輸出，另一路經(jīng)過(guò)R/C變換成FFT所需要的兩路實(shí)虛部數(shù)據(jù)信號(hào)。時(shí)間同步部分估計(jì)得到一個(gè)時(shí)域符號(hào)的同步頭，并粗略地估計(jì)由于收發(fā)頻率不一致而引起的頻偏。經(jīng)過(guò)FFT變換后，頻率同步單元定出FFT的窗口位置，校正帶有頻偏的數(shù)據(jù)。校正后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)信道估計(jì)，得到當(dāng)前實(shí)時(shí)的信道響應(yīng)，經(jīng)過(guò)信道均衡處理以消除信道多徑衰落的影響，然后再經(jīng)過(guò)解映射軟判決譯碼和解擾，然后將音頻信號(hào)送入信道解碼器解碼，接著進(jìn)行信源解碼和音頻綜合，最后經(jīng)D/A還原成模擬音頻?
    
 　   
     
    圖1 接收機(jī)原理框圖
    
    2 方案的設(shè)計(jì)思路
    
    DAB接收機(jī)主要由數(shù)字下變頻、同步、OFDM解調(diào)和Viterbi譯碼四大部分構(gòu)成。
    
    數(shù)字下變頻就是把ADC輸出的中頻數(shù)字信號(hào)變?yōu)閿?shù)字基帶信號(hào)，也就是在數(shù)字上實(shí)現(xiàn)頻譜的下搬移，主要包括希爾伯特變換、頻譜下搬移及降采樣等。
    
    同步部分按功能包括符號(hào)定時(shí)同步、載波頻率同步和采樣時(shí)鐘頻率同步，以FFT為界可以分為時(shí)域同步和頻域同步兩部分。
    
    OFDM解調(diào)包括FFT和差分解調(diào)等，經(jīng)FFT和差分解調(diào)后的數(shù)據(jù)再經(jīng)過(guò)頻域解交織后進(jìn)行QPSK解映射及量化，送給后續(xù)Viterbi譯碼器進(jìn)行軟判決譯碼。
    
    對(duì)OFDM解調(diào)送來(lái)的數(shù)據(jù)提取快速信息信道（FIC）數(shù)據(jù)進(jìn)行解收縮、Viterbi譯碼、解擾，得到復(fù)合結(jié)構(gòu)信息（MCI），再利用MCI對(duì)主業(yè)務(wù)信道（MSC）數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼。
    
    DAB接收機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)
    
    1 方案結(jié)構(gòu)框圖
    
    根據(jù)對(duì)DAB接收機(jī)組成部分的分析，本次設(shè)計(jì)采用FPGA+DSP的設(shè)計(jì)方案，DAB接收機(jī)完整的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。DAB信號(hào)從天線接收后進(jìn)入高頻頭部分，選出所需的頻率塊，然后將選出的高頻信號(hào)送入混頻器，變?yōu)橹行念l率為38.912MHz、帶寬為1.536 MHz的中頻信號(hào)，中頻信號(hào)濾掉無(wú)用的頻譜部分后再經(jīng)頻率變換和濾波，變?yōu)橹行念l率為2.048 MHz、帶寬為1.536MHz的基帶信號(hào)。然后進(jìn)入ADC，采樣速率為8.192MHz，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后進(jìn)入FPGA。FPGA完成并串轉(zhuǎn)換，同步和解調(diào)， 以及VCXO所需的控制電路等。處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)入DSP，DSP外部時(shí)鐘為24.5MHz，所以DSP可進(jìn)行4倍頻，工作于100MHZ。DSP中完成解交織、Viterbi譯碼、解擾以及音頻解碼，最后數(shù)據(jù)被送入DAC，恢復(fù)出原始模擬信號(hào)，送入喇叭即可收聽(tīng)。
    
 　   
     
    圖2 接收機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖
    
    2 器件的選型
    
    器件的選型要求在滿足系統(tǒng)需求的情況下力爭(zhēng)使成本最低，功耗最小，設(shè)計(jì)方便且易于調(diào)試，所以要全面兼顧芯片的運(yùn)算速度、價(jià)格、硬件資源、運(yùn)算精度、功耗以及芯片的封裝形式、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、供貨情況和生命周期等。綜合考慮以上幾方面因素，本次設(shè)計(jì)中ADC選用TLV5535，DAC選用AKM4352，F(xiàn)PGA選用EP1S40，DSP選用TMS320VC5510。
    
    TLV5535是一款性能優(yōu)良的8位ADC，具有35MSPS的采樣速率，3.3V單電源供電，典型功耗只有90mW，模擬輸入帶寬達(dá)600MHZ，很適合本設(shè)計(jì)。AKM4352是非常適合便攜式音頻設(shè)備的DAC，帶寬20kHz，采樣速率8～50kHz，工作電壓為1.8～3.6V，通帶波動(dòng)只有