中波發(fā)射機DRM改造的延時系統(tǒng)設(shè)計

欒立峰（哈爾濱廣播器材有限責任公司，黑龍江　哈爾濱　150078）

中波發(fā)射機DRM改造的延時系統(tǒng)設(shè)計

欒立峰
（哈爾濱廣播器材有限責任公司，黑龍江哈爾濱150078）

中波發(fā)射機進行DRM改造時，包絡(luò)和相位的延時控制影響著發(fā)射信號的性能質(zhì)量，本文對延時系統(tǒng)的改造提出了一種設(shè)計方案，介紹了調(diào)整延時的實現(xiàn)方式和獲取延時值的辦法。

自動延時系統(tǒng)；DRM播放卡；整樣本延時；分級延時

目前使用的模擬中波發(fā)射機為了兼顧功放的線性度和功放轉(zhuǎn)換效率，一般都將傳輸信號的包絡(luò)和相位分成兩個獨立的通道傳輸。發(fā)射機采用這種方式進行DRM改造時需要充分考慮到信號包絡(luò)和相位復(fù)合重建的延時，對包絡(luò)和相位的延時調(diào)整是模擬中波發(fā)射機進行數(shù)字化改造的關(guān)鍵。

編碼調(diào)制后的DRM包絡(luò)和相位信號由發(fā)射機的兩個路徑分別處理，其中一路包絡(luò)信號經(jīng)過包絡(luò)提取、放大，另一路相位信號經(jīng)過相位提取、頻率綜合器輸出RF及RF驅(qū)動放大，之后兩路信號在功放末級合成射頻信號輸出。經(jīng)過兩路路徑分別處理過的相位和包絡(luò)存在著延時差，不能在功放末級很好的合成，最終導(dǎo)致DRM子載波信號間相互干擾。一般隨著延時的增加，子載波之間的相互干擾越來越大，發(fā)射機的信號質(zhì)量也將更加惡劣。因此中波模擬發(fā)射機在進行DRM改造時，需要設(shè)計自動延時調(diào)整系統(tǒng)來處理包絡(luò)和相位之間的延時差，提高發(fā)射信號質(zhì)量。

一、自動延時系統(tǒng)

自動延時系統(tǒng)基于工控機的DRM復(fù)用器和工控機PCI上的DRM播放卡實現(xiàn)，包括延時值獲取部分和延時調(diào)整兩部分構(gòu)成，延時值的獲取由DRM復(fù)用器完成，發(fā)射機末端輸出的射頻RF信號耦合采樣后經(jīng)射頻RF調(diào)諧電路處理后產(chǎn)生12 kHz的中頻信號，中頻信號由工控機聲卡以48kHz 采樣后進行同步處理（時間同步、頻率同步和幀同步），經(jīng)IQ解調(diào)后得到IQ基帶碼流，根據(jù)延時的相關(guān)算法計算出得到的延時值。延時調(diào)整工作由PCI上的DRM播放卡實現(xiàn)，工控機程序通過PCI總線向DRM播放卡發(fā)出延時調(diào)整指令，同步輸出延時值，之后FPGA電路解析指令實現(xiàn)延時調(diào)整。

二、獲取延時值方法

DRM延時值的獲取先要采用簡單的算法，進行時間和頻率同步，形成接收信號環(huán)路基帶形式，快速從發(fā)送和接收的信號中找到相同DRM符號。接著進行延時粗調(diào)，工控機用聲卡以48 kHz速率對接收端信號采樣，采樣值的分辨率滿足不了要求的1μs，因此需要對相同符號進行重新取樣來增加獲取相同符號的取樣分辨率，使取樣分辨率提高至1μs，由相關(guān)算法確定延時粗調(diào)值，完成延時的初值估計。最后一步是延時追蹤，延時粗調(diào)后，采用二分法利用DRM信號的MER（調(diào)制誤差率）或邊帶能量實現(xiàn)跟蹤細調(diào)，最后實現(xiàn)發(fā)端輸出的DRM信號滿足標準要求，保證信噪比大于35dB。

現(xiàn)場實踐發(fā)射機自動調(diào)整延時后（默認此時延時為零），手動增加延時100μs，計算兩個通道的延時估值，算出兩個通道的相對延時與手動延時100μs之間的差值。使用二分法進行延時跟蹤細調(diào)，在延時估值t的基礎(chǔ)上左右偏移10μs、5μs、3μs、1μs直到邊帶能量或調(diào)制誤差率達到判別標準（大于35dB）。當延時接近100μs時邊帶能量值最小，調(diào)制誤差率最大。使用調(diào)制誤差率需要時間及頻率同步，進行OFDM解調(diào)，然后根據(jù)獲得的星座圖來計算延時，比較復(fù)雜。使用邊帶能量計算僅需要獲得DRM 的中頻信號就行，簡單便捷。

三、DRM播放卡

DRM播放卡的功能是將工控機程序發(fā)來的并行16位音頻數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)送至音頻接口芯片，數(shù)據(jù)流被轉(zhuǎn)換成標準AES3信號輸出。同時DRM播放卡還要負責對DRM信號的包絡(luò)通道和相位通道進行自動延時調(diào)整。

PCI接口電路將PCI總線轉(zhuǎn)化成本地總線，接口芯片是PCI9054。本地數(shù)據(jù)緩存采用大容量高速的16k×36同步CY7C436B3，工作頻率可達133MHz。DRM播放卡的控制中心由FPGA電路構(gòu)成，它負責緩存的時序控制信號和功能設(shè)置、耦合接口芯片的總線信號控制和串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，同時還要完成延時系統(tǒng)的自動調(diào)整。

四、程序設(shè)計思想

FPGA控制延時調(diào)整，設(shè)計程序語言為VHDL，系統(tǒng)時鐘為24.576MHz。程序由5個模塊組成，PCI接口命令寄存器，分級延時調(diào)整、外部緩存配置、外部緩存接口和整樣本延時。主機軟件將延時值設(shè)置為分級延時與整樣本延時，提高了調(diào)整延時的時效和精確度。

整樣本延時調(diào)整是將兩路信號通道中的一路整數(shù)個樣本值丟棄，另一路保持不變，這樣保持不變的那一路通道的數(shù)據(jù)相當于比丟棄整數(shù)個樣本值通道的數(shù)據(jù)延遲發(fā)送。采樣速率為48kHz，則延時調(diào)整步長T1=1/48kHz≈21μs ，即整樣本延時只能以步進T1的整數(shù)倍調(diào)整，采用整樣本延時可以迅速的將延時值的誤差調(diào)整在一個T1時間內(nèi)。分級延時負責調(diào)整整樣本延時調(diào)整后剩余的一個T1時間內(nèi)的延時調(diào)整，一個樣本內(nèi)的延時時間被平分成512 級，則調(diào)整步進為T2=21/512/24.576≈41ns。分級延時調(diào)整實施時，位于FPGA內(nèi)部的串行輸出的數(shù)據(jù)和時鐘信號同時轉(zhuǎn)移至移位寄存器，移位寄存器輸出0～511級，主機指令決定選擇哪一級來完成延時調(diào)整。

結(jié)語

我國目前擁有大量的模擬中波發(fā)射機，進行DRM數(shù)字化改造是發(fā)展的必然趨勢，自動延時調(diào)整系統(tǒng)是DRM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。本文介紹的延時調(diào)整方案經(jīng)過實踐測試，針對可以利用波包消除重建結(jié)構(gòu)的發(fā)射機系統(tǒng)能夠有效地實現(xiàn)自動延時功能，滿足DRM系統(tǒng)要求，對推進我國的DRM廣播發(fā)展具有一定的參考借鑒。

[1]孫昌龍.DX中波發(fā)射機DRM改造分析[J].科技與企業(yè)，2014 （15）：142-142.

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