周風波 梁 鼎

（邵陽學院 邵陽 422000）

1 引言

DRM（Digital Radio Mondiale）作為一種新的數(shù)字廣播系統(tǒng)，它極大地降低了發(fā)射功率，提高了頻率利用率，減少了發(fā)射機的運營成本，使聲音的接收質(zhì)量得到顯著改善，為用戶提供的附加數(shù)據(jù)業(yè)務多樣化［1］。從長遠來看，目前在長波，中波和短波廣播中所使用的模擬廣播技術最終會被DRM數(shù)字技術所取代，雖然我國的DRM系統(tǒng)全面推廣應用需要經(jīng)過漫長的過程，但其應用的前景非常樂觀［2］。

DRM系統(tǒng)采用先進的音頻編碼技術和OFDM信道調(diào)制技術，從而降低了干擾，提高了頻帶利用率，可以在無線信道中實現(xiàn)高速可靠的數(shù)據(jù)傳輸［3～7］。但是增加了DRM接收機對同步算法的要求，同步是整個DRM接收機的核心，直接關系到接收機能否正常工作。本文重點分析了DRM接收機同步的各個環(huán)節(jié)和算法，并對這些同步算法進行了仿真分析。

2DRM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1DRM傳輸系統(tǒng)

DRM傳輸系統(tǒng)包括信源編碼、復用、信道編碼和OFDM調(diào)制四部分［8］，如圖1所示。

2.2 DRM系統(tǒng)同步類型

DRM系統(tǒng)采用OFDM正交調(diào)制技術，如圖2所示，包含三種同步：符號同步，樣值同步和載波頻率同步。

符號同步就是確定OFDM符號的開始位置，即確定準確的FFT窗口位置；樣值同步就是需要與發(fā)送端保持相同的采樣頻率；載波頻率同步就是確保OFDM系統(tǒng)的子載波間能夠保持正交性，避免產(chǎn)生子信道間的干擾。對整個DRM系統(tǒng)而言，一個傳輸幀包含多個OFDM符號，因此需要確定DRM的幀同步。

圖1 DRM傳輸系統(tǒng)框圖

圖2 DRM系統(tǒng)的各種同步類型

3 DRM同步算法

3.1 基于循環(huán)前綴的符號同步算法

如圖3所示，在DRM系統(tǒng)的接收端，選取長度為2N+L的連續(xù)樣值r（k），k取值范圍為［1，2N+L］，則其中必然包含一段完整的N+L的OFDM符號。其中，假設d為符號的起始位置，L為循環(huán)前綴的長度，本文使用基于循環(huán)前綴的最大似然同步算法來實現(xiàn)符號同步。

圖3 DRM接收信號示意圖

定義兩個集合：

集合I與I'中的樣值是對應相同的，因此存在如下的相關特性：

Λ(d，Δfc)定義為概率密度函數(shù)的對數(shù)，給出頻率偏差Δfc和符號時間d的條件下，2N+L個抽樣點的聯(lián)合條件概率密度函數(shù)可以表示為

對上式進行一些代數(shù)運算處理之后，式（1）可以簡化為

定義：

則定時偏差d的最大似然函數(shù)為

則最佳符號定時位置為

3.2 幀同步

一個OFDM符號包括若干個單元符號，在前面所述的符號同步算法中，我們已經(jīng)精確找出OFDM符號的起始位置。在DRM信號中，一個傳輸幀由若干個OFDM符號組成，在不同模式下的情況如表1所示［2］。

表1 傳輸幀結(jié)構(gòu)

DRM信號是封裝在傳輸超幀中進行傳輸。每個幀中包含的不同OFDM符號具有不同的作用，比如用于信道估計的增益導頻單元是按照傳輸幀設計的。所以DRM的傳輸幀同步至關重要，它是在上述各種同步之后，信道估計之前進行處理。

DRM傳輸幀的第一個OFDM符號中包含時間導頻，在參考文獻［2］中規(guī)定了時間導頻的位置和相位配置信息，其幅度為 2，時間導頻就是用于傳輸幀同步。雖然，在OFDM符號中用于傳輸幀同步的時間導頻和頻率導頻可能是有交叉的，但是兩者的定義是相同的。設一個傳輸幀包含S個OFDM符號，時間導頻的數(shù)量為LT，則幀同步的算法如下：

1）輸入一個傳輸幀長度的數(shù)據(jù)，即為S個OFDM符號。

2）按照參考文獻［2］，取出OFDM符號在該模式對應的時間導頻單元符號，設為 Xs，k(i)。

3）取出該模式在參考文獻［2］中對應的導頻相位信息，相位復數(shù)表達式為

4）將從步驟2）中得到的單元符號和步驟3）中得到的導頻單元相位進行共軛相乘，可以得到表達式：

由上式可將導頻的影響消除，為進一步實現(xiàn)更好的估計效果，可以將導頻相鄰的兩個Js，k(i)再共軛相乘并求和?？傻茫?/p>

5）將每個傳輸幀的OFDM符號進行上述步驟，可以得到S個γ(s)的值。若γ模值取得最大值的時候，則其對應的位置就是傳輸幀的起始OFDM符號。

4 仿真分析

在Matlab平臺下，仿真參數(shù)設置如下：采用51個OFDM符號，一個傳輸幀包含15個OFDM符號，一個傳輸超幀包含3個傳輸幀，所以從第7個OFDM符號插入時間導頻，開始一個完整的傳輸超幀。IFFT長度為1024，循環(huán)前綴長度為256。信道模型：標準中∕短波信道（信道3），多徑數(shù)為5，調(diào)制方式為16QAM。

圖4 符號同步捕獲

從圖4可以看出，它有一個峰值，而這個值就是最佳符號同步點，為了精確找出這個點，可以通過求平均來獲取，本仿真用15個OFDM符號來求平均，得到最佳符號同步位置。

由圖5可知，隨著信噪比的提高，符號同步概率是逐漸上升的。在信噪比為1dB左右達到100%同步，即這種符號同步算法在正信噪比下可以較好地實現(xiàn)符號精確同步。由于DRM系統(tǒng)發(fā)射功率大，信噪比較高，這種同步算法滿足DRM標準的要求。

圖5 在不同信噪比下的符號同步概率

由圖6可知，仿真曲線在第10個點取得最大值，則傳輸幀的起始位置在第10個OFDM符號的位置上。

圖6 幀同步仿真曲線

5 結(jié)語

本文研究了DRM數(shù)字調(diào)幅廣播系統(tǒng)原理，分析了DRM接收機中同步的各個環(huán)節(jié)和各種同步偏差對系統(tǒng)的影響，提出了適用于DRM系統(tǒng)的符號同步算法和幀同步算法。仿真表明，上述幾種算法在DRM接收機中有較好的性能。