Digital Audio Broadcasting (DAB) là thế hệ phát sóng thứ ba sau khi phát sóng AM, FM. So với phát sóng hiện tại, DAB có ưu điểm về chất lượng âm thanh tốt (chất lượng CD), có thể nhận ra đa phương tiện và thu di động tốc độ cao, có thể mã hóa, công suất phát nhỏ, vùng phủ sóng lớn, sử dụng phổ tần cao và khả năng chống nhiễu mạnh. DAB có thể rất đa dạng, ngoài các chương trình âm thanh thông thường, nó cũng có thể truyền bất kỳ loại dữ liệu nào khác, chẳng hạn như văn bản, hình ảnh tĩnh hoặc video hoạt động. Do đó, người ta cũng gọi DAB là Digital Multimedia Broadcasting (DMB). Bài viết này chủ yếu
Thiết kế phần mềm và phần cứng để triển khai bộ mã hóa hệ thống phóng DAB trên FPAG dựa trên PC và Cyclone II EP2C20F484C7 đã được giới thiệu, thiết kế có tính đến đầy đủ các yêu cầu về quy mô mạch và sử dụng tài nguyên. Thiết kế này cuối cùng được sử dụng để kiểm tra máy thu DAB/DMB.
Thiết kế bộ mã hóa hệ thống phóng DAB
Hệ thống phát của DAB chủ yếu bao gồm bộ mã hóa nguồn ở vị trí nhà cung cấp chương trình, bộ ghép kênh ở vị trí đài phát thanh và bộ điều chế mã hóa COFDM (Bộ ghép kênh phân chia tần số trực giao được mã hóa) ở vị trí phát, trong đó COFDM có thể được chia thành hai phần mã hóa kênh và điều chế OFDM. Bộ mã hóa cho đầu phát DAB chủ yếu bao gồm mô-đun khung giải ETI (giao diện truyền nhóm kinh doanh), mô-đun mã hóa kênh, mô-đun điều chế DQPSK, mô-đun điều chế OFDM, mô-đun biến tần trên, mô-đun lọc kỹ thuật số, mô-đun giao diện USB, v.v. Trong đó mô - đun mã hóa kênh bao gồm khuếch tán năng lượng, mã hóa tích chập có thể xóa, đan xen thời gian, đan xen tần số...... Đầu vào của toàn bộ bộ mã hóa là khung ETI từ bộ ghép kênh và đầu ra là tín hiệu tần số trung bình tương tự.
Toàn bộ thiết kế chủ yếu bao gồm mã hóa phần mềm ở phía PC và thiết kế mô-đun IFFT ở phía FPGA và thiết kế PCB cho mô-đun USB và mô-đun DAC. Phía PC chủ yếu thực hiện decomplexing của khung ETI, mã hóa kênh và điều chế DQPSK, truyền dữ liệu sau khi điều chế đến đầu FPGA thông qua giao diện USB, đầu FPGA nhận dữ liệu và giao cho mô-đun IFFT để thực hiện chuyển đổi IFFT, đây là phương pháp chính để thực hiện OFDM (ghép kênh phân chia tần số trực giao). Dữ liệu đầu ra từ IFFT thay đổi tín hiệu băng cơ sở thành tần số trung bình thông qua bộ biến tần trên IF, được gửi đến mô-đun DAC sau khi được lọc kỹ thuật số. Sau đó, mô-đun DAC chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số thành tín hiệu tương tự vào máy phát, qua đó nó được phát ra với tần số tùy chọn từ BandIII (165-240Mhz) đến băng tần L (1452-1492Mhz).
Thiết kế phần mềm PC End
Phần mềm phía PC chủ yếu thực hiện giải ghép kênh của khung ETI, mã hóa kênh (bao gồm khuếch tán năng lượng, mã hóa tích chập, thời gian đan xen, tần số đan xen), điều chế DQPSK. Đồng thời, thông qua các trình điều khiển được cung cấp bởi các nhà sản xuất để thực hiện việc truyền dữ liệu USB và điều khiển mô-đun USB, cũng như cung cấp giao diện người-máy PC, người dùng có thể chọn chương trình ETI để truyền và có thể thiết lập chế độ truyền của họ.
Giao diện PC Encoder
Giao diện PC Encoder
(1) Giải khung ETI: Một khung ETI chủ yếu bao gồm thông tin tiêu đề khung (thông tin liên quan đến khung này và các kênh con khác nhau trong khung) và MST dữ liệu luồng chính (bao gồm luồng mã dữ liệu âm thanh và kênh dữ liệu nhanh FIC). Đầu tiên chúng ta cần trích xuất thông tin đồng bộ và thông tin chiều dài khung của khung ETI truyền đến để dễ dàng tìm thấy đầu khung. Sau đó căn cứ vào dạng thức khung ETI, trích xuất thông tin FIC và thông tin dòng dữ liệu nghiệp vụ chính.
(2) Mã hóa kênh: Dữ liệu FIC được trích xuất từ khung ETI và dữ liệu luồng nghiệp vụ chính, khuếch tán năng lượng, sau đó dựa trên thông tin cấp độ bảo vệ của từng kênh con được trích xuất, mã hóa tích chập loại có thể xóa của từng thành phần nghiệp vụ theo mức độ bảo vệ, sau đó thời gian đan xen dữ liệu nghiệp vụ chính, dữ liệu nghiệp vụ chính được tổng hợp thành khung CIF của kênh nghiệp vụ chính (MSC), thông tin FIC không được đan xen theo thời gian, và khung CIF được tổng hợp thành khung truyền DAB. Trong khi đó, tại máy tính cá nhân còn thực hiện việc đan xen tần suất các khung truyền DAB.
(3) Điều chế DQPSK: Thông tin dữ liệu, sau khi thực hiện đan xen tần số, được điều chế DQPSK dựa trên pha ban đầu của từng sóng mang, thu được thông tin pha điều chế cho mỗi sóng mang.
(4) Điều khiển truyền USB: Khung DAB sau khi điều chế DQPSK được truyền qua giao diện USB đến mô-đun phần cứng IFFT trên FPGA. Viết chương trình truyền dữ liệu USB tương ứng theo trình điều khiển USB do nhà sản xuất cung cấp.
Thiết kế FPGA End
FPGA chủ yếu thực hiện các hoạt động IFFT (Anti-Fourier Transform), biến tần trên IF và bộ lọc kỹ thuật số. Thông tin pha khung DAB được truyền từ PC được tính toán IFFT, hoàn thành điều chế OFDM, sau đó tín hiệu băng cơ sở được điều chế được chuyển thành tín hiệu tần số trung bình thông qua bộ biến tần, sau đó được lọc cho mô-đun DAC. Vì bạn muốn nhận dữ liệu từ mô-đun USB, bạn cũng cần một mô-đun giao diện USB trên FPGA. Trong khi đó, giữa mô-đun giao diện USB và mô-đun IFFT cần RAM bên trong làm bộ đệm đệm, sau khi hoạt động IFFT, dữ liệu được lưu trữ vào một không gian RAM hai cổng 2048 * 24 bit, sau khi chuyển đổi tần số và lọc, được xuất sang mô-đun giao diện DAC. Mô-đun hoạt động IFFT, mô-đun giao diện USB, mô-đun biến tần trên, mô-đun giao diện DAC, những mô-đun này được điều khiển thông qua bộ xử lý lõi mềm NIOSII được nhúng trong ALTERA, xây dựng một hệ thống SOPC (SystemOn Programmable Chip) trên FPGA.
Khung kết cấu thiết kế FPGA
Xem xét thiết kế này chiếm bao nhiêu tài nguyên, bao gồm các đơn vị logic, bộ nhớ nhúng, để đạt được sử dụng đầy đủ tài nguyên, ALTERA đã chọn bảng phát triển CycloneII FPGAEP2C20 của công ty, có dung lượng RAM ngoài chip 512KByte, có thể hoạt động như bộ nhớ chương trình NIOS và bộ đệm dữ liệu giao diện USB để đảm bảo truyền dữ liệu theo thời gian thực. Các mô-đun FPGA sau khi thiết kế tích hợp đã chiếm hơn 15.000 đơn vị logic (bao gồm mô-đun NIOSII), chiếm 82% (52 M4K) bit bộ nhớ, toàn bộ hệ thống sử dụng đồng hồ 65,536MHz, sử dụng hiệu quả các nguồn lực của bảng phát triển với kết quả tốt.
Thiết kế PCB
Thiết kế của PCB bao gồm hai phần là mô-đun USB và mô-đun DAC.
(1) Mô-đun USB chủ yếu là để thực hiện giao tiếp tốc độ cao giữa PC và FPGA, xem xét rằng tốc độ truyền phải đạt 300KB/s để thực hiện truyền dữ liệu thời gian thực, vì vậy FT245BL được chọn làm chip giao diện USB.
(2) Mô-đun DAC được thiết kế để chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số đầu ra của bộ lọc kỹ thuật số thành tín hiệu tương tự. Bộ mã hóa xuất ra tín hiệu tần số trung bình kỹ thuật số, tần số lấy mẫu 16,384MHz và băng thông 1,536MHz. Sau khi DAC chuyển thành tín hiệu tương tự cũng cần khuếch đại nó, lọc, đỉnh đầu ra phía sau là tín hiệu tần số trung bình tương tự DAB.
Nội dung Text
Bài viết này mô tả thiết kế của bộ mã hóa hệ thống phát DAB dựa trên PC và FPGA, thực hiện mã hóa kênh trước khi điều chế OFDM của hệ thống phát DAB thông qua phần mềm, đã được thử nghiệm để có thể mã hóa kênh thời gian thực cho luồng dữ liệu ETI 2.048Mb/s, đồng thời tốc độ dữ liệu truyền đến mô-đun OFDM trên FPGA thông qua giao diện USB có thể đạt tới 320KB/s, đáp ứng yêu cầu thời gian thực. Sau đó, tín hiệu analog đầu ra từ mô-đun DAC được đưa vào máy phát DAB thông qua đầu kết nối SMA. Hình 4 là biểu đồ thực tế của bộ mã hóa hệ thống phóng DAB. Việc đặt phần mã hóa kênh ở phía PC đã được chứng minh là một cách thực hiện đơn giản và hiệu quả và sử dụng FPGA để thực hiện phần mã hóa kênh sẽ là bước tiếp theo.
