浅谈DRM数字广播系统调制及接收技术

【摘 要】工作在30MHz以下的DRM技术很好地解决了模拟AM广播的数字化问题，现已成为数字AM广播世界性的标准，但接收终端却是DRM数字广播广泛应用的关键。本文简析DRM数字广播系统的同时着重介绍了DRM接收机的硬件构成及信号解码还原处理过程。

【关键词】DRM；调制；接收；解码

目前，国际上发展较为成熟的几种数字广播，即数字声音广播（DAB）、数字调幅广播（DRM）、数字卫星广播（DSB）、网络数字广播等几种方式。其中数字卫星广播不能应用在地面广播传输系统中；网络数字广播依托网络做为传播载体；DAB是针对30MHz～3000MHz频段声音广播数字化的技术，不能满足AM广播频段数字化的要求；而工作在30MHz以下的DRM技术很好地解决了模拟AM广播的数字化问题，现已成为数字AM广播世界性的标准，被指定为传统AM广播的最终代替者。DRM不但保留了AM广播的传统优点，而且解决了AM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AM系统到DRM系统的平滑过渡。随着全世界对DRM的不断重视，DRM系统将会逐渐普及。

DRM系统采用OFDM调制方式，具有多种传输模式，适用于多种信道和带宽的传输方式，可以传送音频流及数据流。DRM标准同时提供了数模同播的广播方案，可以将模拟与数字信号同时以同一载波频率播出，有利于模拟广播向数字广播的平滑过渡。

DRM系统主要由三个逻辑通道组成：主业务通道（MSC）、业务描述通道（SDC）和快速访问通道（FAC）。

FAC通道提供信号带宽、调制方式和交织长度等信息；SDC通道提供如何解调MSC、如何找到相同数据的其他数据源，以及在复接器中为业务提供属性等信息；MSC通道包含音频或数据业务，通过复接器对不同保护级别的数据和音频业务进行复接，MSC最多可以包括四路业务，任何一路都可以是音频或数据。

DRM的信源编码采用先进的AACPlus等编码技术，有效地提高了信源的压缩比。

信道编码采用基于卷积编码的多级编码（MLC，Multi-Level Coding），可以分为标准映射（SM）、对称分级映射（HMsym）和混合分级映射（HMmix）三种QAM映射类型。通过交织克服时间和频率选择性衰落，根据信道特性可以选择2s的长交织或者0.4s的短交织。

DRM在所传输的OFDM码元中插入了三种导频信息，可用于接收机同步、均衡处理。其中频率导频主要用于接收机频偏的估计，时间导频用于接收机帧同步的计算，增益导频用于接收机信道估计。

我国已经在部分地区进行了DRM系统的现场测试，测试效果令人满意，这给DRM系统的应用奠定了基础，而接收机成为DRM系统广泛应用的关键。

目前，国内外采用的DRM接收机大多是基于PC的DRM软件接收机，已经比较成熟，但其应用范围终究受到一定限制。适于广泛应用的便携式硬件DRM接收机目前还处于初级发展阶段。而DRM系统只有在专用ASIC推出后才可以迅速降低接收机的成本，才能有利于DRM系统的推广。

根据数模同播的要求，DRM接收机RF前端采用改造现有模拟收音机的方法。整合后的接收机既可以收听模拟信号，又可以完成数字信号的处理，这样就可以适应数模同播的需要。数字接收机接收信号通过模拟收音机前端下变频到中频，将中频信号引出，经过滤波送入AD采样，从而获得中频采样数据。

中频采样数据通过正交解调得到基带数据。首先通过码元同步找到OFDM码元的起始位置，然后通过FFT完成OFDM信号的解调，将时域数据变换到频域，并利用频率导频信息计算并校正频率偏差，因为OFDM系统对载波频偏非常敏感，经过频率校正后，频率误差应小于0.01倍子载波间隔。在此基础上，利用时间导频信息找到DRM系统的传输帧起始码元，此后接收机从传输帧起始位置开始进行后续处理。

由于短波信道变化复杂，时域及频域的选择性衰落都很强，造成了接收信号的幅度和相位受到严重干扰，在解高阶QAM映射时会引入较大的误差，均衡模块用来解决上述问题。DRM系统设计了增益导频，分布在时间―频率域上，利用增益导频的信息进行信道均衡。

从均衡后的数据中提取FAC单元并将其解码，得到解调SDC的信息；再提取SDC单元，根据FAC的信息解码SDC，得到SDC数据实体；最后提取MSC，根据FACSDC的信息解码MSC。上述单元分别经过解交织、解OAM映射、Viterbi译码、能量解扰等模块的处理后，最后将MSC解复接后的数据进行音频译码或者数据解码。

接收机基带信号处理部分主要采用ARM与FPGA联合处理的硬件平台实现。ARM处理器可以在不改变硬件结构的情况下，通过下载不同的软件程序实现不同的功能，这样非常有利于不同算法的验证，而且ARM公司可以提供处理器内核，为进一步设计接收机ASIC奠定基础。由于ARM以half-word（16 bits）为最小处理单位，所以用ARM处理器处理比特流信号会造成处理器资源的浪费，为此针对比特流信号的处理采用专用逻辑电路实现，在接收机中用FPGA实现。这样，两种处理器的特性可以形成互补，使此硬件平台比较合理。

DRM系统设计了多种模式，不同模式的码率是不同的，在正交解调后需要变码率输出；Viterbi译码器也是以比特流为处理单位；考虑到这两个模块的算法特点及数据输出形式，将这两个模块放在FPGA中实现。

对于其他处理模块，特别是同步和均衡模块是接收机的关键模块，其性能好坏直接影响接收效果，并且根据今后现场测试的情况，其算法存在调整的可能性.因此这些模块通过ARM实现。需要对算法进行调整时，只需修改软件程序，重新载入ARM即可，硬件部分无需改动。

接收机硬件平台由ADC、FPGA、ARM、双口RAM等组成。FPGA采用XILINX公司的VirtexⅡXC2V500型芯片；ARM采用三星公司的S3C4510B型ARM7 TDMI芯片；ADC模块采用了AD公司14-bit的AD9243。FPGA与ARM之间通过双口RAM进行数据交互，使用HC245芯片作为地址和数据总线的驱动。

A/D采样后的中频数据送入FPGA做正交解调；FPGA将解调后的数据写入双口RAM同时给ARM产生中断信号；ARM响应外部中断，将数据读入、进行后续处理。

ARM在处理完解交织后，将处理后的数据写入双口RAM，同时向特定的地址写控制字，FPGA检测到控制字后，将数据读入进行Viterbi译码。FPGA将Viterbi译码结果写入双口RAM，向ARM发出中断信号，ARM响应中断，将数据读入，再进行后续处理。

DRM信号处理时序，ARM基带处理主控制程序流程，依次进行码元同步、整数倍频偏估计、帧同步及后续信道解码处理。上述过程实现了DRM接收机基带信道解码过程。

数字广播产业有广泛的市场前景，DRM集团在中国成立足以说明中国在数字广播领域与国际基本同步，随着全世界统一的30MHZ以下的调幅波段的数字广播标准的开发，不久的将来 任何一个接收机在世界各地都可以正常工作，都能获得高质量的音频和数据信息服务。

数字广播的发展是传统广播媒体的革命与进步，落后过时的传统媒体一旦注入现代化的营养，其生命力顿时变得无穷大。数字广播时代的到来将使传统广播挣脱桎梏，极度地拓宽和延伸了广播的传播功能，为众多广播受众群体自由地收听稳定、高质量的广播，享受广播带来了无穷乐趣，提供了技术平台。