數字音頻廣播（DAB）是繼調幅（AM）、調頻（FM）廣播之后的第三代廣播。與現行廣播相比，DAB具有音質好（CD質量）、可實現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、抗干擾能力強等優(yōu)點。DAB傳送的業(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數據，比如文字、靜止圖像或活動影音。因此，人們也稱DAB為數字多媒體廣播（DMB）。

本文主要介紹了基于PC和Cyclone II EP2C20F484C7的FPAG上實現DAB發(fā)射系統(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。本設計最終用于測試DAB/DMB接收機。

DAB發(fā)射系統(tǒng)編碼器設計

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發(fā)射端的編碼器主要包括解ETI（業(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端主要實現ETI幀的解復用，信道編碼以及DQPSK調制，通過USB接口將調制后的數據傳輸到FPGA端，FPGA端接收數據并交由IFFT模塊進行IFFT變換，這是實現OFDM（正交頻分復用）的主要方法。IFFT輸出的數據通過IF上變頻器將基帶信號變?yōu)橹蓄l，經數字濾波后送給DAC模塊。最后，DAC模塊將數字信號轉換成模擬信號送入發(fā)射機，通過發(fā)射機發(fā)射出來，頻率從BANDIII（165-240Mhz）到L波段（1452-1492Mhz）都可選。

PC端軟件設計

PC端軟件主要實現ETI幀的解復用，信道編碼（包括能量擴散，卷積編碼，時間交織，頻率交織），DQPSK調制。同時，通過廠商提供的驅動程序實現USB數據傳輸及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。

（1） 解ETI幀：一個ETI幀中主要包括幀頭信息（本幀及幀內各子通道的相關信息）和主業(yè)務流數據MST（包括音頻數據碼流和快速數據通道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信息和主業(yè)務數據流信息。

（2） 信道編碼：從ETI幀中提取出來的FIC數據和主業(yè)務流數據，將其進行能量擴散，再根據提取的各子信道保護等級信息，對各業(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)務數據進行時間交織，交織后的主業(yè)務數據復合成主業(yè)務信道（MSC）的CIF幀，FIC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端還實現了對DAB傳輸幀進行頻率交織。

（3） DQPSK調制：數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接口傳輸到FPGA上的IFFT硬件模塊。根據廠家提供的USB驅動編寫相應的USB數據傳輸程序。

FPGA端的設計

FPGA端主要實現IFFT（反傅立葉變換）運算，IF上變頻器和數字濾波器。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變?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，數據存儲到一個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（System On Programmable Chip）系統(tǒng)。FPGA設計結構如圖3所示。

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的程序存儲器和USB接口的數據緩沖區(qū)，以保證數據的實時傳輸。FPGA各模塊設計綜合后占用了15000多個邏輯單元（含NIOSII模塊）， 占用了82%（52個M4K）的存儲器位，整個系統(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的設計

PCB的設計包含USB模塊和DAC模塊兩部分。

（1） USB模塊主要是實現PC與FPGA之間的高速通信，考慮到傳輸速度要達到300KB/s才能實現數據的實時傳輸，所以選用了FT245BL作為USB接口芯片。

（2） DAC模塊是為了將數字濾波器輸出的數字信號轉換成模擬信號。編碼器輸出的是數字的中頻信號，采樣頻率16.384MHz，帶寬1.536MHz。經過DAC轉成模擬信號后還需要對其放大，濾波，最后輸出峰峰值為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發(fā)射系統(tǒng)編碼器的設計，通過軟件實現了DAB發(fā)射系統(tǒng)OFDM調制前的信道編碼，經試驗測試能夠對2.048Mb/s的ETI數據流進行實時的信道編碼，同時通過USB接口傳輸給FPGA上OFDM模塊的數據率可達到320KB/s，滿足了實時的要求。最后，DAC模塊輸出的模擬信號經過SMA連接頭送入DAB發(fā)射機。圖4為DAB發(fā)射系統(tǒng)編碼器實物圖。事實證明，將信道編碼部分放在PC端是簡單有效的實現辦法，用FPGA來實現信道編碼部分將是下一步的工作。