數字聲音廣播系統信道編碼調制器的設計

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

數字聲音廣播系統是多種高科技技術結合后最終的產物，該系統主要運用了編碼正交頻分復用傳輸方法，有效地保證了數字信號廣播（DAB）/數字版權管理（DRM）編碼調制水平，為了充分發揮和利用數字聲音廣播系統的應用優勢，提高信道調制編碼器運行性能，如何科學地設計和實現信道編碼調制器是技術人員必須思考和解決的問題。

1 系統信道編碼模塊結構與功能設計

DAB 系統主要用到了以下兩種邏輯信道，一種是主業務信道（MSC），另一種是快速信息信道（FIC），這兩種信道主要用于對相應編碼的處理，并完成對相關映射方案的制定。DRM 系統主要包含主業務信道（MSC）、快速存取信道（FAC）、業務描述信道（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 能量擴散模塊設計

通過采用多路傳輸的方式，完成對數字信號廣播系統專業模塊的分配，并嚴格按照邏輯信道保護相關標準和要求，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計，為用戶帶來良好的使用體驗。

1.2 卷積輸碼模塊設計

充分結合糾錯能力等因素的基礎上，數字信號廣播系統和數字版權管理系統的信道編碼在實際設計中，需要將存儲深度設置為6，并借助卷積碼，對存儲的約束長度設置為7。同時，結合卷積編碼器，將信道編碼率統一設置為1/4，另外，通過利用編碼率，完成對傳輸環境和敏感數據的編碼處理。為了進一步地提高差錯保護性能，需要利用編碼率，對那些不需要的數據進行刪除，碼位無需全部傳送，并結合所選用的特定規則[3]，對實際傳送的碼位進行收集和整理，并結合編碼器所對應的編碼率，從而實現對重要數據的有效保護，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。數字版權管理系統在實際設計中，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。另外，通過對分層模塊進行科學化設計，并制定數字版權管理編碼調制方案，有效地降低編碼調制復雜度，從而保證卷積輸碼模塊實現效果。

1.3 符號映射模塊設計

符號映射模塊在實際設計中，數字信號廣播系統和數字版權管理系統所采用的映射模式具有一定的差異性。其中，數字信號廣播系統所采用了四相相對移模式，并結合所設置的比特矢量，對系統OFDM 符號進行科學化設計。數字版權管理系統在實際運行中，由于受到頻譜特性和帶寬等因素限制，不斷地提高系統的抗干擾能力[5]，確保所獲取的數據率傳輸的安全性和可靠性。單個邏輯信道在實際運用中，要采用正交幅度調制的方式，對主業務信道進行科學化設計，確保數字版權管理系統表現出較高的抗干擾能力，同時，通過使用發射臺，對信道傳輸條件進行科學設置，并選用質量達標的音頻[6]。對于快速訪問信道而言，需要利用正交幅度調制方案，完成對邏輯信道的科學化設計，只有這樣，才能最大限度地提高系統信道編碼調制器設計質量。

2 系統信道調制模塊結構與功能設計

對于正交頻分復用調制而言，憑借著自身抗多徑干擾能力高、操作簡單等特點，被廣泛地應用于無線廣播與通信領域中，并取得了良好的應用效果，另外，在數字信號廣播系統和數字版權管理系統的應用背景下，通過采用正交頻分復用調制方式，不斷地優化和完善頻率交織功能，在此基礎上，采用運算處理模式，確定正交頻分復用符號，同時，還要科學地設計和開發傳輸幀相關多功能單元。DRM 系統信道調制模塊結構設計示意圖如圖2所示，從圖2中可以看出，數字信號廣播系統的信道調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，這些功能在實際設計中，所選用的開發工具和開發語言分別是eclipse、JAVA，整個web 展示主要運用了以下三種技術，分別是JSP 技術、Spring 技術和Hibernate 技術，其中，頻率交織模塊設計主要用到了JSP 技術；同步信道符號生成器模塊設計主要用到了Spring 技術；正交頻分復用符號映射器模塊設計、正交頻分復用符號生成器模塊設計均用到了Hibernate 技術。

圖2 DRM 系統信道調制模塊結構設計示意圖

2.1 頻率交織模塊

該模塊在實際設計中，需要嚴格按照所設置好的規則，將傳輸幀科學地分配和傳輸到載波上，有利于最大限度地提高突發性差錯能力。數字信號廣播系統通過利用主業務信道，對所需要的數據進行頻率交織處理，從而獲得所需要的頻率數據處理結果，為后期系統信道調制處理提供重要的依據和參考，同時，還最大限度地提高了重要數據的利用率。

2.2 同步信道符號生成器模塊

該生成器在實際設計中，需要結合無線信道的特性，從根本上解決接收端頻率同步、時間同步等問題，將發射機識別信息空符號和相關參考符號統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一處理，從而保證這些符號處理的規范性和合理性，避免因符合處理不科學而降到符合應用效果，進而引發信道失真問題，甚至，還會造成重要信道數據的丟失、泄露，為相關人員帶來不可估量的經濟損失。

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重要信息安全、可靠地傳輸到載波中，并對其進行科學分配，以保證重要數據利用率。同時，在交頻分復用符號映射器的應用背景下，將重要的同步信道符號呈現在相關人員面前，便于相關人員更好地查看和調用這些信道符號，為后期更好地開展信道編碼調制工作提供重要的依據和參考。

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合，從而獲得信號的安全化發送。在此基礎上，結合傳輸幀所對應的正交頻分復用符號數，完成對該符號載波數量的科學化設置，同時，還要結合傳輸幀周期，完成對頻道序列的科學化設計，并結合數字信號處理需求，對離散傅里葉逆變運算進行科學化設計，對于數字版權管理系統而言，內部所含有的信道調制模塊主要是由單元交織、導頻發生器、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，單元交織結果也存在一定的差異。

2.4.2 導頻發生器

對于導頻發生器而言，其產生物主要包含以下兩種，一種是幅度，另一種是導頻單元，通過利用這些產生物，可以更好地估計和接收機信道。另外，對于數字版權管理系統而言，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傳輸信息分配到子載波中，并嚴格按照信道編碼調制相關標準和要求，將相關正交載波符號分配到相應的子載波中，并將單次傳輸幀所對應的傳輸時間統一設置為400 ms。另外，數字版權管理系統內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，可以對需要傳輸的信息單元進行合成處理，使其形成相應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。

3 系統信道編碼調制器實現方案

3.1 主要芯片選擇

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

3.2 電路模塊結構與組成設計

電路模塊結構與組成在實際設計中，通過結合系統處理相關標準和要求，完成對接口的輸入和輸出，模塊硬件結構與組成示意圖如圖3所示，整個電路以DSP 和現場可編程邏輯門陣列（FPGA）為核心，將非易失存儲器設置到數字信號處理外圍中，并將EI 接口部分與頻率進行有效的結合[8]，從而完成對芯片（DDS）的構建，二維動畫軟件（FLASH）主要用于對固化程序的查找和使用，同步動態隨機存儲器（SDRAM）主要用于對系統相關加載程序的存放以及相關查找表的制定，確保數字信號處理效率和效果得以大幅度提高，這為后期輸入數據的存儲打下堅實的基礎。通過運用數字信號處理模塊，完成對中間數據和輸出數據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，完成對所需處理數據流的安全化傳輸，當整個模塊處理操作完成后，可以利用頻率合成芯片，將相關數據直接傳輸到發射機，確保中頻信號輸出的系統性和完善性。

圖3 模塊硬件結構與組成示意圖

3.3 數字聲音廣播編碼調制器功能實現

對于編碼調制器而言，當其操作結束后，通過利用現場可編程邏輯門陣列接收模塊，獲取所需要的復用器數據流，當幀同步、卷積編碼處理完畢后，需要將編碼處理后的數據安全、可靠地傳輸到數字信號處理芯片中，并利用數字信號處理芯片，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據形成相應的幀，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，在此基礎上，還要采用IFFT 運算模式，對所獲取的保護間隔數據進行插入處理，并將最終結果傳輸到現場可編程邏輯門陣列中，同時，采用頻載波調制的方式，將所獲得的基帶調制信號安全、可靠地傳輸到頻率合成芯片中，確保所輸出的中頻信號結果具有較高的精確性和真實性。

4 結語

綜上所述，本文所設計的數字聲音廣播系統信道編碼調制器具有設備體積小、操作簡單方便、軟件易升級、安全可靠等特點，另外，通過調試和測試軟件、硬件，發現該信道編碼調制器可以實現對多種處理任務的有效執行，這表明該調制器完全符合相關研制相關標準和要求。