數(shù)字音頻廣播(dab)是繼調(diào)幅(am)、調(diào)頻(fm)廣播之后的第三代廣播。與現(xiàn)行廣播相比，dab具有音質(zhì)好(cd質(zhì)量)、可實(shí)現(xiàn)多媒體及高速移動(dòng)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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。dab傳送的業(yè)務(wù)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數(shù)據(jù)，比如文字、靜止圖像或活動(dòng)影音。因此，人們也稱dab為數(shù)字多媒體廣播(dmb)。

　　本文主要介紹了基于pc和cyclone ii ep2c20f484c7的fpag上實(shí)現(xiàn)dab發(fā)射系統(tǒng)編碼器的軟硬件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)充分考慮了電路規(guī)模和資源利用的要求。本設(shè)計(jì)最終用于測試dab/dmb接收機(jī)。

dab發(fā)射系統(tǒng)編碼器設(shè)計(jì)

　　dab的發(fā)射系統(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(tái)位置的復(fù)用器和處于發(fā)射位置的cofdm(編碼正交頻分復(fù)用)編碼調(diào)制器，其中cofdm又可分為信道編碼和ofdm調(diào)制兩部分。dab發(fā)射端的編碼器主要包括解eti(業(yè)務(wù)群傳輸接口)幀模塊，信道編碼模塊，dqpsk調(diào)制模塊，ofdm調(diào)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(kuò)散、可刪除型卷積編碼、時(shí)間交織、頻率交織等。整個(gè)編碼器的輸入為來自復(fù)用器的eti幀，輸出為模擬中頻信號(hào)。

　　整個(gè)設(shè)計(jì)主要由pc端的軟件編碼和fpga端的ifft模塊設(shè)計(jì)以及usb模塊和dac模塊的pcb設(shè)計(jì)組成。pc端主要實(shí)現(xiàn)eti幀的解復(fù)用，信道編碼以及dqpsk調(diào)制，通過usb接口將調(diào)制后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絝pga端，fpga端接收數(shù)據(jù)并交由ifft模塊進(jìn)行ifft變換，這是實(shí)現(xiàn)ofdm(正交頻分復(fù)用)的主要方法。ifft輸出的數(shù)據(jù)通過if上變頻器將基帶信號(hào)變?yōu)橹蓄l，經(jīng)數(shù)字濾波后送給dac模塊。最后，dac模塊將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)送入發(fā)射機(jī)，通過發(fā)射機(jī)發(fā)射出來，頻率從bandiii(165-240mhz)到l波段(1452-1492mhz)都可選�！�

pc端軟件設(shè)計(jì)

　　pc端軟件主要實(shí)現(xiàn)eti幀的解復(fù)用，信道編碼(包括能量擴(kuò)散，卷積編碼，時(shí)間交織，頻率交織)，dqpsk調(diào)制。同時(shí)，通過廠商提供的驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)usb數(shù)據(jù)傳輸及usb模塊的控制，以及提供pc人機(jī)界面，用戶可以選擇要傳送的eti節(jié)目并可設(shè)定其傳送模式。

　　(1) 解eti幀：一個(gè)eti幀中主要包括幀頭信息(本幀及幀內(nèi)各子通道的相關(guān)信息)和主業(yè)務(wù)流數(shù)據(jù)mst(包括音頻數(shù)據(jù)碼流和快速數(shù)據(jù)通道fic)。首先我們需要將傳輸進(jìn)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(jù)eti幀格式，提取fic信息和主業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流信息。

　　(2) 信道編碼：從eti幀中提取出來的fic數(shù)據(jù)和主業(yè)務(wù)流數(shù)據(jù)，將其進(jìn)行能量擴(kuò)散，再根據(jù)提取的各子信道保護(hù)等級信息，對各業(yè)務(wù)成分按保護(hù)等級進(jìn)行可刪除型卷積編碼，然后對主業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間交織，交織后的主業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)復(fù)合成主業(yè)務(wù)信道(msc)的cif幀，fic信息不經(jīng)過時(shí)間交織，與cif幀一起復(fù)合成dab傳輸幀。同時(shí)，在pc端還實(shí)現(xiàn)了對dab傳輸幀進(jìn)行頻率交織。

　　(3) dqpsk調(diào)制：數(shù)據(jù)信息在進(jìn)行頻率交織后，根據(jù)各載波的初始相位進(jìn)行dqpsk調(diào)制，得到每個(gè)載波的調(diào)制相位信息。

　　(4) usb傳輸控制：dqpsk調(diào)制后的dab幀通過usb接口傳輸?shù)絝pga上的ifft硬件模塊。根據(jù)廠家提供的usb驅(qū)動(dòng)編寫相應(yīng)的usb數(shù)據(jù)傳輸程序。

fpga端的設(shè)計(jì)

　　fpga端主要實(shí)現(xiàn)ifft(反傅立葉變換)運(yùn)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(jìn)行ifft運(yùn)算，完成ofdm調(diào)制，然后將調(diào)制后的基帶信號(hào)經(jīng)變頻器變?yōu)橹蓄l信號(hào)，濾波后送給dac模塊。由于要接收來自usb模塊的數(shù)據(jù)，所以fpga上還需要一個(gè)usb接口模塊。同時(shí)，在usb接口模塊和ifft模塊之間需要一個(gè)內(nèi)部ram作為buffer緩沖區(qū)，ifft運(yùn)算后，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到一個(gè)2048*24位的雙口ram空間，經(jīng)變頻和濾波后，通過dac接口模塊輸出給dac模塊。ifft運(yùn)算模塊，usb接口模塊，上變頻模塊、dac接口模塊，這幾個(gè)模塊是通過altera內(nèi)嵌的niosii軟核處理器來控制的，在fpga上構(gòu)建了一個(gè)sopc(system on programmable chip)系統(tǒng)。fpga設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　考慮到本設(shè)計(jì)所占用資源，包括邏輯單元、嵌入式存儲(chǔ)器的多少，以達(dá)到資源充分利用，選用了altera公司的cyclone ii系列fpga ep2c20開發(fā)板，此款開發(fā)板具有512kbyte的片外ram空間，可以作為nios的程序存儲(chǔ)器和usb接口的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，以保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。fpga各模塊設(shè)計(jì)綜合后占用了15000多個(gè)邏輯單元(含niosii模塊)， 占用了82%(52個(gè)m4k)的存儲(chǔ)器位，整個(gè)系統(tǒng)使用65.536mhz的時(shí)鐘，有效地利用了開發(fā)板的資源，結(jié)果良好。

pcb的設(shè)計(jì)

　　pcb的設(shè)計(jì)包含usb模塊和dac模塊兩部分。

　　(1) usb模塊主要是實(shí)現(xiàn)pc與fpga之間的高速通信，考慮到傳輸速度要達(dá)到300kb/s才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，所以選用了ft245bl作為usb接口芯片。

　　(2) dac模塊是為了將數(shù)字濾波器輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。編碼器輸出的是數(shù)字的中頻信號(hào)，采樣頻率16.384mhz，帶寬1.536mhz。經(jīng)過dac轉(zhuǎn)成模擬信號(hào)后還需要對其放大，濾波，最后輸