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DAB�(fā)射系�(tǒng)編碼器的設計及實�(xiàn)

2015�12�14� 15:15來源:南京中科天文編碼器(南京恒通機電工程有限公司)>>進入該公司展�人氣�3335

    �(shù)字音頻廣�(DAB)是繼調幅(AM)、調�(FM)廣播之后的第三代廣播。與�(xiàn)行廣播相比,DAB具有音質�(CD質量)、可實現(xiàn)多媒體及高速移動接收、可加密、發(fā)射功率小、覆蓋面積大、頻譜利用率高、抗干擾能力強等�(yōu)點。DAB傳送的�(yè)務可以是多種多樣的,除了普通的音頻節(jié)目,它也可以傳送任何形式的其它�(shù)據,比如文字、靜止圖像或活動影音。因此,人們也稱DAB為數(shù)字多媒體廣播(DMB)。本文主�
    介紹了基于PC和Cyclone II EP2C20F484C7的FPAG上實�(xiàn)DAB�(fā)射系�(tǒng)編碼器的軟硬件設計,設計充分考慮了電路規(guī)模和資源利用的要求。本設計終用于測試DAB/DMB接收機�

DAB�(fā)射系�(tǒng)編碼器設�

    DAB的發(fā)射系�(tǒng)主要包括處于節(jié)目提供商位置的信源編碼器、處于廣播臺位置的復用器和處于發(fā)射位置的COFDM(編碼正交頻分復用)編碼調制器,其中COFDM又可分為信道編碼和OFDM調制兩部分。DAB�(fā)射端的編碼器主要包括解ETI(�(yè)務群傳輸接口)幀模塊,信道編碼模塊,DQPSK調制模塊,OFDM調制模塊,上變頻模塊,數(shù)字濾波模塊、USB接口模塊等。其中信道編碼模塊包括能量擴散、可刪除型卷積編碼、時間交織、頻率交織等。整個編碼器的輸入為來自復用器的ETI幀,輸出為模擬中頻信號�

    整個設計主要由PC端的軟件編碼和FPGA端的IFFT模塊設計以及USB模塊和DAC模塊的PCB設計組成。PC端主要實�(xiàn)ETI幀的解復用,信道編碼以及DQPSK調制,通過USB接口將調制后的數(shù)據傳�?shù)紽PGA端,F(xiàn)PGA端接收數(shù)據并交由IFFT模塊進行IFFT變換,這是實現(xiàn)OFDM(正交頻分復用)的主要方法。IFFT輸出的數(shù)據通過IF上變頻器將基帶信號變?yōu)橹蓄l,經�(shù)字濾波后送給DAC模塊。后,DAC模塊將數(shù)字信號轉換成模擬信號送入�(fā)射機,通過�(fā)射機�(fā)射出來,頻率從BANDIII(165-240Mhz)到L波段(1452-1492Mhz)都可選�

PC端軟件設�
  PC端軟件主要實�(xiàn)ETI幀的解復用,信道編�(包括能量擴散,卷積編碼,時間交織,頻率交�),DQPSK調制。同時,通過廠商提供的驅動程序實�(xiàn)USB�(shù)據傳輸及USB模塊的控制,以及提供PC人機界面,用戶可以選擇要傳送的ETI節(jié)目并可設定其傳送模式�

編碼器PC界面 
    編碼器PC界面
(1)解ETI幀:一個ETI幀中主要包括幀頭信�(本幀及幀內各子通道的相關信�)和主�(yè)務流�(shù)據MST(包括音頻�(shù)據碼流和快速數(shù)據通道FIC)。首先我們需要將傳輸進來的ETI幀的同步信息和幀長信息提取出來,便于找到幀頭。再根據ETI幀格式,提取FIC信息和主�(yè)務數(shù)據流信息�
(2)信道編碼:從ETI幀中提取出來的FIC�(shù)據和主業(yè)務流�(shù)據,將其進行能量擴散,再根據提取的各子信道保護等級信息,對各�(yè)務成分按保護等級進行可刪除型卷積編碼,然后對主業(yè)務數(shù)據進行時間交織,交織后的主�(yè)務數(shù)據復合成主業(yè)務信�(MSC)的CIF幀,F(xiàn)IC信息不經過時間交織,與CIF幀一起復合成DAB傳輸幀。同時,在PC端還實現(xiàn)了對DAB傳輸幀進行頻率交織�
(3) DQPSK調制:數(shù)據信息在進行頻率交織后,根據各載波的初始相位進行DQPSK調制,得到每個載波的調制相位信息�
(4)USB傳輸控制:DQPSK調制后的DAB幀通過USB接口傳輸?shù)紽PGA上的IFFT硬件模塊。根據廠家提供的USB驅動編寫相應的USB�(shù)據傳輸程序�

FPGA端的設計
  FPGA端主要實�(xiàn)IFFT(反傅立葉變換)運算,IF上變頻器和數(shù)字濾波器。將PC傳送來的DAB幀相位信息進行IFFT運算,完成OFDM調制,然后將調制后的基帶信號經變頻器�?yōu)橹蓄l信號,濾波后送給DAC模塊。由于要接收來自USB模塊的數(shù)據,所以FPGA上還需要一個USB接口模塊。同時,在USB接口模塊和IFFT模塊之間需要一個內部RAM作為buffer緩沖區(qū),IFFT運算后,�(shù)據存儲到一�2048*24位的雙口RAM空間,經變頻和濾波后,通過DAC接口模塊輸出給DAC模塊。IFFT運算模塊,USB接口模塊,上變頻模塊、DAC接口模塊,這幾個模塊是通過ALTERA內嵌的NIOSII軟核處理器來控制的,在FPGA上構建了一個SOPC(SystemOn Programmable Chip)系統(tǒng)�

FPGA設計結構�
  考慮到本設計所占用資源,包括邏輯單元、嵌入式存儲器的多少,以達到資源充分利用,選用了ALTERA公司的CycloneII系列FPGAEP2C20開發(fā)板,此款開發(fā)板具�512KByte的片外RAM空間,可以作為NIOS的程序存儲器和USB接口的數(shù)據緩沖區(qū),以保證�(shù)據的實時傳輸。FPGA各模塊設計綜合后占用�15000多個邏輯單�(含NIOSII模塊),占用了82%(52個M4K)的存儲器位,整個系�(tǒng)使用65.536MHz的時鐘,有效地利用了開發(fā)板的資源,結果良好�

PCB的設�
  PCB的設計包含USB模塊和DAC模塊兩部分�
(1)USB模塊主要是實�(xiàn)PC與FPGA之間的高速通信,考慮到傳輸速度要達�300KB/s才能實現(xiàn)�(shù)據的實時傳輸,所以選用了FT245BL作為USB接口芯片.
(2)DAC模塊是為了將�(shù)字濾波器輸出的數(shù)字信號轉換成模擬信號。編碼器輸出的是�(shù)字的中頻信號,采樣頻�16.384MHz,帶�1.536MHz。經過DAC轉成模擬信號后還需要對其放大,濾波,后輸出峰峰值為1V的DAB模擬中頻信號�

本文小結
    本文介紹了基于PC和FPGA的DAB�(fā)射系�(tǒng)編碼器的設計,通過軟件實現(xiàn)了DAB�(fā)射系�(tǒng)OFDM調制前的信道編碼,經試驗測試能夠�2.048Mb/s的ETI�(shù)據流進行實時的信道編碼,同時通過USB接口傳輸給FPGA上OFDM模塊的數(shù)據率可達�320KB/s,滿足了實時的要求。后,DAC模塊輸出的模擬信號經過SMA連接頭送入DAB�(fā)射機。圖4為DAB�(fā)射系�(tǒng)編碼器實物圖。事實證明,將信道編碼部分放在PC端是簡單有效的實�(xiàn)辦法,用FPGA來實�(xiàn)信道編碼部分將是下一步的工作�
(來源:南京中科天文編碼器(南京恒通機電工程有限公司))
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