數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)信道編碼調(diào)制器的設(shè)計

許 磊

（甘肅省甘南藏族自治州廣播電視臺 甘肅 甘南 747000）

0 引言

數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)是多種高科技技術(shù)結(jié)合后最終的產(chǎn)物，該系統(tǒng)主要運用了編碼正交頻分復用傳輸方法，有效地保證了數(shù)字信號廣播（DAB）/數(shù)字版權(quán)管理（DRM）編碼調(diào)制水平，為了充分發(fā)揮和利用數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢，提高信道調(diào)制編碼器運行性能，如何科學地設(shè)計和實現(xiàn)信道編碼調(diào)制器是技術(shù)人員必須思考和解決的問題。

1 系統(tǒng)信道編碼模塊結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計

DAB 系統(tǒng)主要用到了以下兩種邏輯信道，一種是主業(yè)務(wù)信道（MSC），另一種是快速信息信道（FIC），這兩種信道主要用于對相應(yīng)編碼的處理，并完成對相關(guān)映射方案的制定。DRM 系統(tǒng)主要包含主業(yè)務(wù)信道（MSC）、快速存取信道（FAC）、業(yè)務(wù)描述信道（SDC）三個邏輯信道，這三個信道所使用的編碼和符號映射方案具有一定的差異性[1]。信道編碼總體功能框如圖1所示，從圖1中可以看出，信道編碼模塊主要是由以下幾個模塊組成，分別是能量擴散模塊、比特交織模塊和編碼模塊。

圖1 信道編碼總體功能框圖

1.1 能量擴散模塊設(shè)計

通過采用多路傳輸?shù)姆绞剑瓿蓪?shù)字信號廣播系統(tǒng)專業(yè)模塊的分配，并嚴格按照邏輯信道保護相關(guān)標準和要求，科學地劃分比特流。能量擴散模塊在實際運用中，需要借助二進制序列，采用隨機化處理的方式，不斷地擴散頻道，降低“0”和“1”出現(xiàn)頻率，從而提高比特定時恢復速度。將原始序列和偽隨機比特序列進行求和[2]，從而獲得相應(yīng)輸出信號，該信號主要用于對能量擴散處理，并通過復用這些生成多項式，完成對能量擴散模塊的科學化設(shè)計，為用戶帶來良好的使用體驗。

1.2 卷積輸碼模塊設(shè)計

充分結(jié)合糾錯能力等因素的基礎(chǔ)上，數(shù)字信號廣播系統(tǒng)和數(shù)字版權(quán)管理系統(tǒng)的信道編碼在實際設(shè)計中，需要將存儲深度設(shè)置為6，并借助卷積碼，對存儲的約束長度設(shè)置為7。同時，結(jié)合卷積編碼器，將信道編碼率統(tǒng)一設(shè)置為1/4，另外，通過利用編碼率，完成對傳輸環(huán)境和敏感數(shù)據(jù)的編碼處理。為了進一步地提高差錯保護性能，需要利用編碼率，對那些不需要的數(shù)據(jù)進行刪除，碼位無需全部傳送，并結(jié)合所選用的特定規(guī)則[3]，對實際傳送的碼位進行收集和整理，并結(jié)合編碼器所對應(yīng)的編碼率，從而實現(xiàn)對重要數(shù)據(jù)的有效保護，另外，通過采用刪除方案的編碼方式，不斷地提高源比特重要性程度。數(shù)字版權(quán)管理系統(tǒng)在實際設(shè)計中，需要利用速率兼容刪除卷積碼（RCPC），同時，將差錯保護和符號映射進行充分結(jié)合，不斷地提高易受信道噪聲干擾比特，并采用差錯編碼保護法[4]，對編碼誤差概率進行平衡處理，確保低誤碼率和高編碼率始終處于均衡狀態(tài)。另外，通過對分層模塊進行科學化設(shè)計，并制定數(shù)字版權(quán)管理編碼調(diào)制方案，有效地降低編碼調(diào)制復雜度，從而保證卷積輸碼模塊實現(xiàn)效果。

1.3 符號映射模塊設(shè)計

符號映射模塊在實際設(shè)計中，數(shù)字信號廣播系統(tǒng)和數(shù)字版權(quán)管理系統(tǒng)所采用的映射模式具有一定的差異性。其中，數(shù)字信號廣播系統(tǒng)所采用了四相相對移模式，并結(jié)合所設(shè)置的比特矢量，對系統(tǒng)OFDM 符號進行科學化設(shè)計。數(shù)字版權(quán)管理系統(tǒng)在實際運行中，由于受到頻譜特性和帶寬等因素限制，不斷地提高系統(tǒng)的抗干擾能力[5]，確保所獲取的數(shù)據(jù)率傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?。單個邏輯信道在實際運用中，要采用正交幅度調(diào)制的方式，對主業(yè)務(wù)信道進行科學化設(shè)計，確保數(shù)字版權(quán)管理系統(tǒng)表現(xiàn)出較高的抗干擾能力，同時，通過使用發(fā)射臺，對信道傳輸條件進行科學設(shè)置，并選用質(zhì)量達標的音頻[6]。對于快速訪問信道而言，需要利用正交幅度調(diào)制方案，完成對邏輯信道的科學化設(shè)計，只有這樣，才能最大限度地提高系統(tǒng)信道編碼調(diào)制器設(shè)計質(zhì)量。

2 系統(tǒng)信道調(diào)制模塊結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計

對于正交頻分復用調(diào)制而言，憑借著自身抗多徑干擾能力高、操作簡單等特點，被廣泛地應(yīng)用于無線廣播與通信領(lǐng)域中，并取得了良好的應(yīng)用效果，另外，在數(shù)字信號廣播系統(tǒng)和數(shù)字版權(quán)管理系統(tǒng)的應(yīng)用背景下，通過采用正交頻分復用調(diào)制方式，不斷地優(yōu)化和完善頻率交織功能，在此基礎(chǔ)上，采用運算處理模式，確定正交頻分復用符號，同時，還要科學地設(shè)計和開發(fā)傳輸幀相關(guān)多功能單元。DRM 系統(tǒng)信道調(diào)制模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖如圖2所示，從圖2中可以看出，數(shù)字信號廣播系統(tǒng)的信道調(diào)制模塊主要是由頻率交織模塊、同步信道符號生成器模塊、正交頻分復用符號映射器模塊、正交頻分復用符號生成器模塊四個模塊組成，這些功能在實際設(shè)計中，所選用的開發(fā)工具和開發(fā)語言分別是eclipse、JAVA，整個web 展示主要運用了以下三種技術(shù)，分別是JSP 技術(shù)、Spring 技術(shù)和Hibernate 技術(shù)，其中，頻率交織模塊設(shè)計主要用到了JSP 技術(shù)；同步信道符號生成器模塊設(shè)計主要用到了Spring 技術(shù)；正交頻分復用符號映射器模塊設(shè)計、正交頻分復用符號生成器模塊設(shè)計均用到了Hibernate 技術(shù)。

圖2 DRM 系統(tǒng)信道調(diào)制模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖

2.1 頻率交織模塊

該模塊在實際設(shè)計中，需要嚴格按照所設(shè)置好的規(guī)則，將傳輸幀科學地分配和傳輸?shù)捷d波上，有利于最大限度地提高突發(fā)性差錯能力。數(shù)字信號廣播系統(tǒng)通過利用主業(yè)務(wù)信道，對所需要的數(shù)據(jù)進行頻率交織處理，從而獲得所需要的頻率數(shù)據(jù)處理結(jié)果，為后期系統(tǒng)信道調(diào)制處理提供重要的依據(jù)和參考，同時，還最大限度地提高了重要數(shù)據(jù)的利用率。

2.2 同步信道符號生成器模塊

該生成器在實際設(shè)計中，需要結(jié)合無線信道的特性，從根本上解決接收端頻率同步、時間同步等問題，將發(fā)射機識別信息空符號和相關(guān)參考符號統(tǒng)一添加到正交頻分復用符號中，然后，借助正交頻分復用符號，對這些多種符號進行統(tǒng)一處理，從而保證這些符號處理的規(guī)范性和合理性，避免因符合處理不科學而降到符合應(yīng)用效果，進而引發(fā)信道失真問題，甚至，還會造成重要信道數(shù)據(jù)的丟失、泄露，為相關(guān)人員帶來不可估量的經(jīng)濟損失。

2.3 正交頻分復用符號映射器模塊

通過利用該映射器，可以將同步信道符號等相關(guān)重要信息安全、可靠地傳輸?shù)捷d波中，并對其進行科學分配，以保證重要數(shù)據(jù)利用率。同時，在交頻分復用符號映射器的應(yīng)用背景下，將重要的同步信道符號呈現(xiàn)在相關(guān)人員面前，便于相關(guān)人員更好地查看和調(diào)用這些信道符號，為后期更好地開展信道編碼調(diào)制工作提供重要的依據(jù)和參考。

2.4 正交頻分復用符號生成器模塊

通過利用該生成器，將所需要的信息單元與正交頻分復用符號進行充分結(jié)合，從而獲得信號的安全化發(fā)送。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合傳輸幀所對應(yīng)的正交頻分復用符號數(shù)，完成對該符號載波數(shù)量的科學化設(shè)置，同時，還要結(jié)合傳輸幀周期，完成對頻道序列的科學化設(shè)計，并結(jié)合數(shù)字信號處理需求，對離散傅里葉逆變運算進行科學化設(shè)計，對于數(shù)字版權(quán)管理系統(tǒng)而言，內(nèi)部所含有的信道調(diào)制模塊主要是由單元交織、導頻發(fā)生器、正交頻分復用符號單元映射三個部分組成。

2.4.1 單元交織

通過采用單元交織的方式，向無線信道安置相應(yīng)的正交載波符號，從根本上解決時間與頻率不符所引起的信號失真問題，單元交織主要包含以下兩種方式，一種是短交織方式，另一種是長交織方式，所采用的交織方式不同，單元交織結(jié)果也存在一定的差異。

2.4.2 導頻發(fā)生器

對于導頻發(fā)生器而言，其產(chǎn)生物主要包含以下兩種，一種是幅度，另一種是導頻單元，通過利用這些產(chǎn)生物，可以更好地估計和接收機信道。另外，對于數(shù)字版權(quán)管理系統(tǒng)而言，其導頻單元主要包含時間參考電源、頻率參考單元。

2.4.3 正交頻分復用符號單元映射

通過采用該符號單元映射模式，可以將導頻單元等相關(guān)傳輸信息分配到子載波中，并嚴格按照信道編碼調(diào)制相關(guān)標準和要求，將相關(guān)正交載波符號分配到相應(yīng)的子載波中，并將單次傳輸幀所對應(yīng)的傳輸時間統(tǒng)一設(shè)置為400 ms。另外，數(shù)字版權(quán)管理系統(tǒng)內(nèi)部所含有的正交頻分復用符號生成器，通過利用該符號生成器，可以對需要傳輸?shù)男畔卧M行合成處理，使其形成相應(yīng)的正交頻分復用符號，這為后期正交頻分復用符號的精確化描述打下堅實的基礎(chǔ)。

3 系統(tǒng)信道編碼調(diào)制器實現(xiàn)方案

3.1 主要芯片選擇

要想確保所設(shè)計的數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)信道編碼調(diào)制器可以用于能量擴散、卷積編碼可刪除、符號映射等處理，需要結(jié)合調(diào)制器應(yīng)用需求，對以上運算進行科學處理。另外，為了確保所設(shè)計的系統(tǒng)信道編碼調(diào)制器具有設(shè)備體積小、安全可靠性高、成本低等特點[7]，需要使用數(shù)字信號處理（DSP）芯片，保證調(diào)制器設(shè)計水平。另外，在進行仿真分析的基礎(chǔ)上，使用某IT 公司所研發(fā)的高端數(shù)字信號處理芯片，完成對信道編碼調(diào)制模塊核心芯片的科學化設(shè)計，并將數(shù)字信號處理芯片的超高運算速度設(shè)置為32位，并利用單片，想法運算任務(wù)進行執(zhí)行，從而保證信道編碼調(diào)制水平。在此基礎(chǔ)上，通過借助先進工藝技術(shù)，將邏輯單元、嵌入存儲器、數(shù)字信號處理模塊進行有效組合，確保該信道編碼調(diào)制器具有強大的I/O 功能。

3.2 電路模塊結(jié)構(gòu)與組成設(shè)計

電路模塊結(jié)構(gòu)與組成在實際設(shè)計中，通過結(jié)合系統(tǒng)處理相關(guān)標準和要求，完成對接口的輸入和輸出，模塊硬件結(jié)構(gòu)與組成示意圖如圖3所示，整個電路以DSP 和現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（FPGA）為核心，將非易失存儲器設(shè)置到數(shù)字信號處理外圍中，并將EI 接口部分與頻率進行有效的結(jié)合[8]，從而完成對芯片（DDS）的構(gòu)建，二維動畫軟件（FLASH）主要用于對固化程序的查找和使用，同步動態(tài)隨機存儲器（SDRAM）主要用于對系統(tǒng)相關(guān)加載程序的存放以及相關(guān)查找表的制定，確保數(shù)字信號處理效率和效果得以大幅度提高，這為后期輸入數(shù)據(jù)的存儲打下堅實的基礎(chǔ)。通過運用數(shù)字信號處理模塊，完成對中間數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的全面化采集和整理。EI 接口部分在實際運用中，需要借助接收復用器端，完成對所需處理數(shù)據(jù)流的安全化傳輸，當整個模塊處理操作完成后，可以利用頻率合成芯片，將相關(guān)數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)桨l(fā)射機，確保中頻信號輸出的系統(tǒng)性和完善性。

圖3 模塊硬件結(jié)構(gòu)與組成示意圖

3.3 數(shù)字聲音廣播編碼調(diào)制器功能實現(xiàn)

對于編碼調(diào)制器而言，當其操作結(jié)束后，通過利用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列接收模塊，獲取所需要的復用器數(shù)據(jù)流，當幀同步、卷積編碼處理完畢后，需要將編碼處理后的數(shù)據(jù)安全、可靠地傳輸?shù)綌?shù)字信號處理芯片中，并利用數(shù)字信號處理芯片，對二維動畫軟件程序進行加載固化處理，確保編碼處理后的數(shù)據(jù)形成相應(yīng)的幀，同時，利用單元映射器（OFDM）子載波，對控制單元和信息單元進行科學的分配，從而獲得單元映射器載波映射模式，在此基礎(chǔ)上，還要采用IFFT 運算模式，對所獲取的保護間隔數(shù)據(jù)進行插入處理，并將最終結(jié)果傳輸?shù)浆F(xiàn)場可編程邏輯門陣列中，同時，采用頻載波調(diào)制的方式，將所獲得的基帶調(diào)制信號安全、可靠地傳輸?shù)筋l率合成芯片中，確保所輸出的中頻信號結(jié)果具有較高的精確性和真實性。

4 結(jié)語

綜上所述，本文所設(shè)計的數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)信道編碼調(diào)制器具有設(shè)備體積小、操作簡單方便、軟件易升級、安全可靠等特點，另外，通過調(diào)試和測試軟件、硬件，發(fā)現(xiàn)該信道編碼調(diào)制器可以實現(xiàn)對多種處理任務(wù)的有效執(zhí)行，這表明該調(diào)制器完全符合相關(guān)研制相關(guān)標準和要求。