摘 要: 介紹了德國達姆施塔特大學通信技術學院提出并實現(xiàn)的一種DRM接收機的同步方法,能夠很好地解決幀、符號和載波聯(lián)合同步的問題。
關鍵詞: DRM數(shù)字廣播 正交多載波調制" title="多載波調制">多載波調制(OFDM) 頻率同步 時間同步
數(shù)字技術極大地改變了廣播電視的面貌,成熟的數(shù)字處理技術已廣泛地應用于廣播電視的節(jié)目采集、制作及播出系統(tǒng)。然而,調幅廣播的發(fā)射卻仍停留在傳統(tǒng)的模擬信號的水平上。眾所周知,采用模擬技術播出的調幅廣播有許多難以克服的缺點,例如聲音質量差、信號容易衰落等。為了建立全球統(tǒng)一的AM波段(30MHz以下)數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)標準,1998年世界性數(shù)字無線電組織DRM(Digital Radio Mondiale)在廣州召開的調幅廣播無線電研討會上正式成立。主要任務是尋找最佳的數(shù)字調幅廣播系統(tǒng)。DRM廣播的出現(xiàn),是30MHz以下廣播復興的標志。DRM廣播利用了許多最新的數(shù)字技術,大幅度提高了所傳送節(jié)目的聲音質量。提高了頻譜利用率,增強了信號抗多經衰落特性,而且提供很多特性使DRM廣播更人性化(操作簡易)、更智能化(AFS),便于用戶使用和接受。DRM系統(tǒng)目前已成為國際標準。DRM廣播最終要替代傳統(tǒng)的模擬AM廣播運行,但在過渡期間二者是共存的。
1 正交多載波調制(OFDM)
對于DRM系統(tǒng)的一個要求是盡量減小多徑傳播的影響。特別是在長、中、短波出現(xiàn)這種效應,會導致接收機接收來自不同方向的有時間延時的相同的無線電波(例如電離層的反射)。為了使出現(xiàn)的延時在多至很多個毫秒的情況下不會帶來影響,DRM使用了正交多載波調制(OFDM)傳輸方法。正交多載波調制(OFDM)是一種高效的數(shù)據傳輸方式,其基本思想是把高速數(shù)據流分散到多個正交的子載波上傳輸,從而使子載波上的符號速率大幅度降低,符號持續(xù)時間大大加長,因而對時延" title="時延">時延擴展有較強的抵抗力,減小了符號間干擾的影響。通常在OFDM符號前加入保護間隔,只要保護間隔大于信道的時延擴展則可以完全消除符號間干擾。OFDM相對于一般的多載波傳輸?shù)牟煌幨撬试S子載波頻譜部分重疊,只要滿足子載波間相互正交則可以從混迭的子載波上分離出數(shù)據信息" title="數(shù)據信息">數(shù)據信息。由于OFDM允許子載波頻譜混迭,其頻譜效率大大提高,因而是一種高效的調制方式。其傳輸系統(tǒng)原理圖如圖1所示。
主要的不足之一是對定時和頻率偏移敏感。如果做不到精確定時和減少頻偏,OFDM的正交性將無法保證,必然引起各子載波之間的相互干擾和ISI。
2 同步概述及方法
頻率偏移是由收發(fā)設備的本地載波之間的偏差、信道的多普勒頻移等引起的,由子載波間隔" title="載波間隔">載波間隔的整數(shù)倍偏移和子載波間隔的小數(shù)倍偏移構成。子載波間隔的整數(shù)倍偏移不會引起ICI,抽樣點仍在頂點,但是解調出來的信息符號的錯誤概率為50%;子載波間隔的小數(shù)倍偏移由于抽樣點不在頂點,破壞了子載波之間的正交性。從頻偏估計的過程來看,一般分為粗同步(捕獲)和細同步(跟蹤)。
定時恢復可以進一步分為OFDM塊同步和采樣時鐘同步。OFDM塊是由循環(huán)前綴和有用數(shù)據信息組成,因此OFDM塊同步就是要確定OFDM塊有用信息的開始時刻,也可以叫做確定FFT窗的開始時刻。定時的偏移會引起子載波相位的旋轉,而且相位旋轉角度與子載波的頻率有關,頻率越高,旋轉角度越大。如果定時的偏移量與最大時延擴展的長度之和仍小于循環(huán)前綴的長度,此時子載波之間的正交性仍然成立,沒有ISI和ICI,對解調出來的數(shù)據信息符號的影響只是一個相位的旋轉,否則一部分數(shù)據信息丟失了,而且最為嚴重的是子載波之間的正交性破壞了,由此帶來的ISI和ICI是影響系統(tǒng)性能的關鍵問題之一。
下面介紹的這種同步算法是德國達姆施塔特大學通信技術學院提出并實現(xiàn)的方法??驁D如圖2所示。

2.1 頻率捕獲

·FFT窗放置的任意性——不需要優(yōu)先的定時信息;
·對所有信道和制式,平均錯誤率<10%。
圖3是接收數(shù)據經FFT和相關算法后獲得的頻率捕獲圖。

2.2 時間捕獲
·保護間隔相關性如圖4所示。


利用峰之間時間的不同可以檢測出不同模式,如圖5所示。

2.3 幀同步
假定:信道在導頻" title="導頻">導頻連接位置是相同的,

該值在幀開始時達到最小值。
2.4 頻率跟蹤
· 頻率偏移估計是基于兩個連續(xù)符號之間的相位增量,符號是在導頻載波頻率上。
頻率偏移導致相位變化

Zl,k:第K個子載波上的第L個符號的FFT單元的輸出值;TS:一個符號的周期;Pf(j):導頻位置。
2.5 時間跟蹤
·利用平均IFFT變換的帶窗信道估計(
k,l)來估計信道沖激響應:

·用峰檢測來進行第一路估計。
仿真結果見圖6。
參考文獻
1 Open-Source Software Implementation of a DRM-Receiver Under the GNU General Public License(GPL).2003
2 Frank Hofmann, Christian Hansen and Wolfgang Schfer.Dig-ital Radio Mondiale (DRM) Digital Sound Broadcasting in the AM Bands.IEEE TRANSACTIONS ON BROADCASTING,SEPTEMBER 2003;49(3):319
3 李 棟.DRM接收機技術.Radio & TV Broadcast Engineering,SEP 2003
4 鄧綸暉, 陳 偉, 陳遠知. DRM系統(tǒng)OFDM模塊實現(xiàn)研究.北京廣播學院學報(自然科學版), 2003;10(4)


