Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Построение Dab-радиоприемников

В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Построение DAB-радиоприемников

Лев Кацнельсон
Доцент СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича

Людмила Козлова
Зам. директора Центра проектирования и строительства "БАТАТЕГ" по перспективным технологиям

Существует много типов цифровых ресиверов. О некоторых из них можно узнать из материала доцента СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, кандидата технических наук Кацнельсона Льва Нисоновича и зам. директора Центра проектирования и строительства "DATATEL" по перспективным технологиям Козловой Людмилы Евгеньевны

Из истории создания

Любая новая система радиовещания имеет практическую ценность лишь в том случае, если организованы регулярная трансляция программ, массовое производство и свободная продажа привлекательных с точки зрения соотношения цена/качество радиоприемников сигналов данной системы.

Первые потребительские DAB-радиоприемники появились на мировых рынках в конце 90-х годов прошлого века. За десять лет до этого сменились четыре поколения различных экспериментальных, измерительных и других DAB-радиоприемников, которые использовались при отработке и внедрении системы цифрового звукового радиовещания (ЦЗРВ) DAB-T, но по ряду причин были малопригодны для коммерческой реализации.

В те же годы в европейских странах велись дискуссии по следующему вопросу: поскольку система цифрового телевидения DVB-T позволяет передавать помимо телевизионных и звуковые программы, то есть ли смысл внедрять отдельную систему ЦЗРВ DAB-T, если можно объединить все наземное цифровое телевизионное и звуковое эфирное вещание в рамках одной системы DVB-T? Позже аналогичные мнения высказывались и в российской печати.

Всесторонне рассмотрев этот вопрос, европейская ассоциация производителей потребительской электроники ЕА-СЕМ заняла очень твердую позицию [1], которая заключается в том, что системы DVB-T и DAB-T - это разные разработки. Они проектировались для удовлетворения различных технических и коммерческих требований. Система DVB-T разработана так, что она наилучшим образом подходит для телевидения, но не является оптимальной для звукового вещания. Внедрив две эти системы, можно проводить более гибкую маркетинговую политику.

Например, водителю автомобиля во время движения настоятельно не рекомендуется смотреть телевизионные программы, а слушать радиопередачи при помощи автомобильного приемника, пользоваться передаваемой по радио дорожной информацией, услугами системы транспортной навигации и т.п. не возбраняется. Такие потребители должны иметь возможность приобретать относительно дешевые автомобильные DAB-радиоприемники вместо того, чтобы покупать значительно более сложные и дорогостоящие мобильные телевизионные приемные устройства систем DVB-T или DVB-H, которыми они не смогут пользоваться в полной мере во время управления транспортным средством.

Подобные соображения легли в основу принятого в Европе решения о внедрении обеих названных систем. В результате проведения соответствующих работ регулярное вещание по системе DAB-T осуществляется в таких странах, как Великобритания, Германия, Франция, Италия, Испания, Португалия, Дания, Нидерланды, Бельгия, Швейцария, Австрия, Швеция, Норвегия, Финляндия, Польша, Венгрия, Канада, Израиль, Сингапур и т.д. [2]. Во многих других странах внедрение этой системы ЦЗРВ находится на этапе экспериментального вещания.

В настоящее время DAB-радиоприемники серийно производят несколько десятков фирм и компаний: Alpine, Clarion, Grundig, Bosch, Blaupunkt, Philips, Kenwood, Panasonic, Sony, Pioneer, JVC, Harris, Siemens и др. Выпускаются различные виды таких приемников: карманные, переносные, автомобильные, стационарные, элитные и профессиональные для наземного и спутникового DAB-ве-щания. Имеются модели, выполненные в виде PC-карт, которые устанавливаются в персональные компьютеры. В последние годы появились DAB-радиоприемники, встроенные в мобильные телефоны и в другие малогабаритные устройства. Многие модели DAB-pa-диоприемников имеют наряду с цифровыми и аналоговые тракты, позволяющие принимать программы ОВЧ/УКВ-радиовещания с ЧМ.

Минимальная стоимость DAB-радиоприемников на начало 2007 г. составляла не более 60 евро, поэтому люди с невысоким достатком могут их приобретать. Количество проданных к лету 2007 г. DAB-радиоприемников и комбинированных устройств, содержащих приемные DAB-MO-дули, превышает 5 млн [2].
При работе над статьей были использованы материалы из [3].

Структурная схема DAB-радиоприемника

В DAB-радиоприемнике выполняется как аналоговая, так и цифровая обработка сигналов.

Типичная структурная схема DAB-радиоприемника представлена на рис. 1 (в целях упрощения на схеме показаны только блоки и узлы, участвующие в обработке DAB-сигналов или их составляющих).

DAB-сигнал, модулированный методом OFDM (COFDM - (Coded) Orthogonal Frequency Division Multiplex (Multiplexing) - мультиплексирование с частотным разделением (кодированных) ортогональных сигналов) [3-5], поступивший из ненаправленной приемной антенны, обрабатывается в радиочастотном блоке (РЧ-блоке). В этом блоке выполняется предварительная селекция (преселекция) сигнала, его усиление и преобразование по частоте. Далее сигнал конвертируется в цифровую форму при помощи аналого-цифрового преобразователя (АЦП), затем поступает на вход блока предварительной цифровой обработки (БПЦО), где формируется комплексный цифровой сигнал в базовом диапазоне. Этот цифровой OFDM-сигнал демодулируется с применением алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ). Каждая несущая многочастотного OFDM-сигнала, модулированная методом DQPSK (Differential Quadrature (Quarternary) Phase Shift Keying - дифференциальная четы-рехпозиционная фазовая модуляция (манипуляция), подвергается демодуляции. Кроме того, выполняется депере-межение информации по частоте и времени. Затем цифровые потоки (ЦП), соответствующие отдельным каналам или субканалам, обрабатываются в декодере Витерби, который предназначен для исправления ошибок, возникающих при передаче DAB-сигналов по реальным каналам связи. После исправления ошибок ЦП, соответствующие компрессированным звуковым сигналам (ЗС) или данным, преобразуются в исходный цифровой формат в предназначенных для этого декодерах. Цифровой поток данных может быть передан на внешний декодер через интерфейс данных приемника (Receiver Data Interface -RDI).

Рассмотрим блоки и узлы DAB-радиоприемника более подробно.

Аналоговая обработка сигналов

Радиочастотный блок

Для системы ЦЗРВ DAB на основании международных соглашений выделены два диапазона частот:

  1. VHF Band III (ОВЧ-диапазон III) - 174-240 МГц;
  2. L Band (L-диапазон) - 1452-1492 МГц.

(Далее будем называть их для краткости диапазонами DAB-ОВЧ и DAB-L соответственно.)

Следовательно, нет необходимости обеспечивать прием сигналов на любых частотах между указанными диапазонами и можно упростить структуру РЧ-блока.

DAB-сигнал с OFDM-модуляцией содержит множество несущих, каждая из которых модулируется методом DQPSK независимо от других. Поэтому несущие декоррелированы. Спектр DAB-сигнала имеет примерно прямоугольную форму и занимает полосу частот, равную приблизительно 1,54 МГц [3-5].

Амплитуда сигнала является переменной, поэтому в DAB-радиоприемни-ке не может быть применен усилитель-ограничитель, типичный для ОВЧ-ЧМ-радиоприемника, так как это привело бы к искажениям принимаемого сигнала.

При осуществлении приема в движении (например, в автомобиле) средняя амплитуда DAB-сигнала может изменяться примерно на 20 дБ. По этой причине для DAB-радиоприемников автоматическая регулировка усиления (АРУ) является жизненно важной функцией. Кроме того, DAB-радио-приемник должен обладать высокой линейностью тракта приема сигналов от антенны до демодулятора.

DAB-сигнал имеет фреймовую структуру, и каждый передаваемый фрейм начинается с нуль-символа, предназначенного для грубой синхронизации приемника. Во время передачи нуль-символа амплитуда DAB-сигнала уменьшается почти до нуля, и система АРУ должна проектироваться с учетом наличия этих символов.

Поскольку несущие OFDM-сигнала модулированы по фазе, то для преобразования частоты сигнала fC в подходящую промежуточную частоту fПЧ требуется генератор, управляемый напряжением (ГУН), с низким уровнем фазового шума (jitter). Среднеквадратичная фазовая ошибка, обусловленная фазовым шумом, не должна превышать 10°. При таком условии она практически не влияет на BER (Bit Error Ratio (Rate) в системе. Поэтому схемы ГУН и устройства, управляющие ими, в DAB-радиоприемниках должны быть высокого качества.

Требования к параметрам DAB-радиоприемников определены в стандарте EN 50248.

Построение РЧ-блока на основе архитектуры ТВ-тюнера

Поскольку система ЦЗРВ DAB частично использует частоты в ОВЧ-диапазоне III, которые применяются и для аналогового ТВ-вещания, построение РЧ-блока может быть выполнено на основе архитектуры ТВ-тюнера, модифицированной в соответствии со спецификой DAB. Это подразумевает использование похожего значения промежуточной частоты fПЧ=38,912 МГц. Выбор fПЧ определяется требуемым уровнем подавления зеркального канала.

Если выбрана fПЧ, равная 38,912 МГц, то при настройке РЧ-блока на низшую частоту DAB-ОВЧ-диапазона частота зеркального канала fЗК будет равна: fЗК = fС + 2fПЧ = 174 + 2·38,912 = 251,824 (МГц), то есть частота fЗК находится за пределами диапазона, в котором работают мощные телевизионные и DAB-nepeдатчики. Это позволяет ослабить влияние помех на частотах зеркального канала при настройке РЧ-блока в пределах всего DAB-ОВЧ-диапазона.

При использовании данной архитектуры для построения РЧ-блока в тракте промежуточной частоты должен быть установлен фильтр промежуточной частоты (ФПЧ), имеющий центральную частоту, соответствующую fn4, и полосу пропускания, равную примерно 1,54 МГц, которая согласована с шириной спектра DAB-сигнала. Кроме того, необходима доработка ГУН, применяемого в качестве гетеродина, с целью снижения фазовых шумов до требуемого уровня.

Прием DAB-сигналов в L-диапазоне может быть обеспечен путем применения блока, понижающего частоту сигнала.

Ширина DAB-L диапазона 1492 -1452 = 40 (МГц) меньше, чем ширина DAB-ОВЧ-диапазона 240 - 174 = 66 (МГц). Поэтому возможно понизить частоту всего DAB-L-диапазона так, чтобы частоты принимаемых сигналов попадали в DAB-ОВЧ-диапазон. Это можно сделать, применив местный гетеродин (генератор Г), имеющий фиксированную частоту fг = const.

Упрощенная структурная схема, которая соответствует такой архитектуре РЧ-блока, представлена на рис. 2 .На этом и последующих рисунках обозначено: Диплексор - антенный разделительный фильтр; ППФ - перестраиваемый полосовой фильтр; МШУРЧ - малошумящий усилитель радиочастоты; СМ - смеситель; ГУН - генератор, управляемый напряжением; uупр - управляющее напряжение; ФПЧ - фильтр промежуточной частоты; УПЧ - усилитель промежуточной частоты; Кл - ключевая схема; АЦП - аналого-цифровой преобразователь; Г- генератор.

Поскольку эта структурная схема хорошо отработана за многие годы выпуска ТВ-тюнеров, параметры таких DAB-радиоприемников и качество приема обычно достаточно высоки. Указанная архитектура первоначально была разработана в рамках проекта JESSI (Joint European Submicron Silicon Initative), реализованного участниками консорциума Eureka-147/DAB. Она применяется во многих потребительских DAB-радиоприемниках.

Однако подобная архитектура имеет некоторые недостатки.

Во-первых, промежуточная частота fПЧ = 38,912 МГц слишком высока для прямой обработки в АЦП. Обычно требуются преобразование частоты сигнала во вторую, более низкую промежуточную частоту (для DAB-L-диапазона это означает наличие трех промежуточных частот).

Во-вторых, при осуществлении приема в DAB-L-диапазоне первая промежуточная частота fПЧ - 1 реально располагается в DAB-ОВЧ-диапазоне и на этой частоте возможно влияние сильных помех от ТВ- или DAB-nepe-датчиков.

В-третьих, в преселекторе DAB-ОВЧ-диапазона необходимо устанавливать перестраиваемый полосовой фильтр (ППФ), предназначенный для подавления зеркального и других дополнительных каналов приема. Этот фильтр довольно громоздок, он требует регулировки при изготовлении, содержит индуктивные элементы и варакто-ры (варикапы) и имеет разброс параметров. Такой фильтр должен перестраиваться в пределах заданного DAB-ОВЧ-диапазона при помощи средств электронной настройки.

Наличие этих недостатков привело к появлению альтернативных концепций.

РЧ-блок с высокой промежуточной частотой

Некоторые недостатки, присущие РЧ-блоку рис. 2, могут быть устранены путем преобразования частоты сигнала, принимаемого в DAB-ОВЧ-диапазоне, в более высокую промежуточную частоту. При работе приемника в DAB-L-диапазоне частота принимаемого сигнала понижается, но тоже в высокую промежуточную частоту.

Упрощенная структурная схема РЧ-блока, основанного на этой концепции, приведена на рис. 3. Помимо введенных выше обозначений, на нем показано: Дел. 1/2 - делитель частоты в 2 раза; У-усилитель.

Наиболее важные выгоды такой архитектуры заключаются в том, что при большой величине fПЧ частота зеркального канала fЗК находится намного выше частоты принимаемого сигнала fС, так как fЗК = fС + 2fПЧ. (Это выражение справедливо, если частота напряжения гетеродина fг = fc + fn4 выше, чем частота сигнала. Возможен вариант, когда выполняется другое соотношение, т.е. fг = fС - fПЧ. В таком случае fЗК = fС - 2ПЧ). Поэтому нет необходимости устанавливать в преселекторе радиоприемника перестраиваемый полосовой фильтр, а требуемое подавление зеркального и других дополнительных каналов приема можно обеспечить, применив фильтр нижних частот (ФНЧ) с частотой среза, равной верхней частоте выбранного диапазона, или неперестраиваемый полосовой фильтр (ПФ) с полосой пропускания, соответствующей данному диапазону.

По существу, это одна из реализаций хорошо известного принципа широкополосной преселекции в радиоприемниках.

В результате исключается необходимость перестройки по частоте каких-либо компонентов РЧ-блока кроме гетеродина (ГУН). В случае построения DAB-радиоприемника это приводит к значительному снижению габаритных размеров РЧ-блока и позволяет создать очень компактную конструкцию. На такой архитектуре базируются наборы микросхем D-FIRE и AD 6002/6003 фирмы Bosch.

Значение первой промежуточной частоты fПЧ может быть выбрано с учетом следующих критериев:

  1. Эта промежуточная частота не должна находиться в рабочих диапазонах служб радиосвязи или радиовещания, применяющих передатчики большой мощности.
  2. В качестве гетеродина должен быть использован ГУН с относительно небольшим диапазоном перестройки по частоте.

Указанным требованиям соответствует частота fn4 = 919 МГц. Эта частота соответствует частотному интервалу, который находится между диапазонами "вверх" и "вниз" системы мобильной связи GSM.

Схема рис. 3 содержит один общий радиочастотный ГУН, создающий напряжение с частотой гГУН для преобразования частот сигналов обоих DAB-диапазонов в первую промежуточную частоту fПЧ . Для преобразования в DAB-L-диапазоне значение fГУН уменьшается в два раза при помощи делителя частоты. Например, если частоты сигналов равны fС1 = 201 МГц и fС2 = 1479 МГц в диапазонах DAB-ОВЧ и DAB-L соответственно, то при настройке ГУН на частоту fГУН =1120 МГц получим:

fПЧ1 = fГУН - fС1 = 1120 - 201 = 919 (МГц);
fПЧ1= fС2- fГУН/2 = 1479 - 560 = 919 (МГц).

Таким образом, при помощи напряжения ГУН одной и той же частоты можно обеспечить преобразование частот сигналов, расположенных в обоих DAB-диапазонах, в одну общую промежуточную частоту fПЧ = 919 МГц.

При этом отношение максимального и минимального значений частот на-стройки ГУН: fГУНmax/fГУНmin<1,1.

Однако такая архитектура РЧ-блока также имеет некоторые недостатки, присущие приемникам с широкополосной преселекцией.

Поскольку на вход малошумящего УРЧ данного диапазона проникает множество радиосигналов, в том числе мощных, частоты которых попадают в полосу пропускания входного непере-страиваемого фильтра, этот МШУРЧ, а также следующий за ним смеситель (См) должны обладать очень высокой линейностью. В противном случае возможно возникновение нелинейных эффектов, к которым относятся блокирование, интермодуляционные и перекрестные искажения.

Цифровая обработка сигналов

Digital Baseband Processing (цифровая обработка в базовом диапазоне) -это общий термин для всех шагов обработки DAB-сигналов, начинающихся после АЦП и продолжающихся до тех пор, пока декодированные в декодере Витерби данные не поступят на его выход [3] .

В DAB-радиоприемнике такая обработка включает в себя следующие шаги:

  • создание комплексного цифрового сигнала в базовом диапазоне;
  • OFDM-демодуляция, возможно совмещенная с компенсацией частотного дрейфа DAB-сигнала в базовом диапазоне;
  • демодуляция OFDM-несущих, модулированных методом DQPSK;
  • частотное и временное деперемежение;
  • декодирование информации с использованием алгоритма Витерби;
  • синхронизация по времени, частоте и фазе.

Аналоговый DAB-сигнал, преобразованный в последнюю промежуточную частоту, поступает на вход АЦП. Затем цифровой DAB-сигнал с выхода АЦП передается на вход БПЦО, где спектр сигнала переносится в базовый диапазон частот. Кроме того, в БПЦО выполняется обработка сигнала в цифровом ФНЧ, который предназначен для обеспечения избирательности DAB-pa-диоприемника по соседнему каналу. В этом же блоке формируются синфазная (I) и квадратурная (Q) составляющие DAB-сигнала. Данный метод широко применяется в цифровых радиоприемниках и позволяет в ряде случаев оптимизировать цифровую обработку сигналов.

Демодуляция OFDM-символов выполняется путем применения быстрого преобразования Фурье (БПФ) для расчета значений комплексных символов модуляции (комплексных амплитуд) несущих DAB-сигнала. Эти комплексные амплитуды содержат информацию о параметрах модуляции DQPSK-несу-щих. Длина БПФ составляет 256, 512, 1024, 2048 точек для DAB-режимов III, II, IV, I соответственно [3, 4].

Для борьбы с возможным сдвигом частоты DAB-сигнала в базовом диапазоне применяется система автоматической подстройки частоты (АПЧ).

DQPSK-демодуляция несущих DAB-сигнала осуществляется обычно посредством умножения в цифровой форме комплексной амплитуды, определенной несущей принимаемого OFDM-символа на комплексно-сопряженную амплитуду той же несущей предыдущего OFDM-символа. Возможны и другие технические решения [3].

Для борьбы с нарушениями приема используются два механизма перемежения:

  1. Частотное перемежение реорганизует цифровые потоки, модулирующие OFDM-несущие, в целях борьбы с эффектом частотно-селективных замираний. Устройство частотного перемежения работает одновременно только с одним OFDM-символом. Частотное перемежение может быть выполнено путем адресации сигналов на выходе устройства БПФ в соответствии с таблицами перемежения [4].
  2. Временное перемежение применяется для рассредоточения длинных пакетов ошибок, что позволяет повысить корректирующую способность декодера Витерби.

Для борьбы с ошибками, возникающими при передаче DAB-сигналов по реальным каналам связи, в системе DAB применены перфорированные сверточные коды с изменяемой скоростью (Rate Compatible Punctured Con-volutional Codes - RCPC), полученные из одного базового кода [3, 4, 6].

Скорость базового кода (то есть отношение числа битов информации, поступающих на вход сверточного кодера в единицу времени, к числу битов на выходе этого кодера за тот же временной интервал) равна 1/4, а длина кодового ограничения равна 7. Скорость кода можно варьировать в пределах от 1/4 (максимальная избыточность, высший уровень защиты) до 8/9 (минимальная избыточность, низший уровень защиты) путем удаления некоторых символов на выходе сверточного кодера (операция перфорирования или выкалывания (puncturing)). Конкретная скорость кода выбирается в соответствии с требованиями к защите данной части информации от ошибок.

В DAB-радиоприемнике применяется декодер, использующий алгоритм декодирования Витерби (алгоритм максимального правдоподобия)с мягким решением [6] (декодер Витерби).

Дерандомизация (операция, обратная рассеиванию энергии на передающей стороне) также может быть легко выполнена в блоке декодера Витерби.

Синхронизация DAB-радиоприемни-ка выполняется несколькими способами:

  1. грубая временная или фреймовая синхронизация;
  2. грубая частотная синхронизация несущей;
  3. точная частотная синхронизация несущей;
  4. точная временная синхронизация.

Для грубой синхронизации используется нуль-символ, а для остальных видов синхронизации - символ опорной фазы TFPR. Эти символы передаются в начале каждого фрейма передачи, образуя канал синхронизации.

Практически во всех DAB-радиопри-емниках, которые имелись в наличии на рынке до недавнего времени, синхронизация выполнялась программным способом в цифровых сигнальных процессорах (Digital Signal Processor -DSP).

Декодер звуковых сигналов (аудио-декодер) DAB-радиоприемника предназначен для декодирования ЗС, компрессированных методами MPEG-lAu-dio Layer II (MUSICAM) или MPEG-2 Audio Layer II (стандарты ISO/IEC 11172-3 и ISO/IEC 13818-3) с некоторыми специфическими для DAB расширениями. Кроме того, декодер ЗС позволяет производить проверку принятых аудиофреймов на наличие ошибок, которые по каким-либо причинам оказались неисправленными после обработки информации в декодере Витерби.

Помимо этого декодер ЗС выделяет информацию об управлении динамическим диапазоном DRC (Dynamic Range Control) и другие дополнительные данные, связанные со звуковыми программами (Fixed и eXtented Programme Associated Data - F-PAD и Х-PAD), передача которых предусмотрена стандартом на систему DAB [4].

С выхода декодера ЗС поступает на цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), через интерфейс 12 S. Этот интерфейс обычно используется для передачи цифровых ЗС в ИКМ-формате на ЦАП.

Специализированные интегральные схемы

Наличие специализированной элементной базы является необходимым условием для успешного серийного производства потребительских DAB-радио приемников.

Далее рассмотрим два различных набора интегральных схем, соответствующих разным концепциям построения DAB-радиоприемников [З].

Интегральные схемы, разработанные в рамках программы JESSI

Работы по проекту JESSI AE-14 начались в 1991 г. В рамках этого проекта были разработаны специализированные БИС для измерительных DAB-радиоприемников (например, модель DAB-452 фирмы Philips).

Проект JESSI AE-89 DDB (Digital Data Broadcasting) был учрежден в 1995 г. в целях обеспечения функций передачи данных в системе DAB. В дополнение к этому прорабатывался вопрос о разработке ИС для совмещенного тракта, обеспечивающего прием сигналов DAB и аналогового VHF FM (ОВЧ ЧМ) радиовещания. Наборы ИС, разработанные в рамках проекта АЕ-89, были базой, на которой в течение ряда лет конструировались DAB-радио приемники.

Во многих DAB-радиоприемниках архитектура РЧ-блока базируется на концепции ТВ-тюнера (концепции JESSI), в упрощенном виде - см. рис. 2. Популярный набор ИС фирмы Temic позволяет реализовать эту концепцию.

Для конструирования РЧ-блока DAB-радиоприемника требуется две ИС.

При этом необходимо применение внешнего малошумящего транзистора в МШУРЧ, установленном на входе РЧ-блока. Названия аналоговых ИС фирмы Temic и их назначение приведены в таблице.

Цифровые ИС JESSI AE-89

Цифровые ИС JESSI AE-89 обеспечивают следующие технические возможности:

  • декодирование полного многопрограммного группового цифрового потока (мультиплекса) DAB;
  • цифровая генерация синфазного и квадратурного сигналов (I, Q), а также фильтрация для обеспечения заданной селективности по соседнему каналу;
  • комбинированная цифровая и аналоговая АРУ;
  • цифровая АПЧ (AFC);
  • передача данных со скоростью до 1,7 Мбит/с на внешние устройства через интерфейс RDI.

Упрощенная структурная схема ИС, которая разработана фирмой Philips, представлена на рис. 4, где использованы следующие обозначения: ЦФ и ген. I, Q - цифровая фильтрация и генерация сигналов I и Q; DQPSK-де-мод. и ФИМР - DQPSK-демодуляция и формирование информации, соответствующей мягким решениям; ЧВД -частотное и временное деперемежение; SRAM - Static Random Access Memory (статическое оперативное запоминающее устройство - СОЗУ); |iC - внешний контроллер.

Специализированная ИС фирмы Philips обеспечивает высокий уровень интеграции. Вся цифровая обработка DAB-сигнала в базовом диапазоне реализуется при помощи одной этой ИС. Функции синхронизации полностью интегрированы и реализованы в основном аппаратными средствами. Замкнутая петля синхронизации, однако, находится под управлением внешнего контроллера (цС). Этот недорогой контроллер и SRAM (СОЗУ) объемом 2 Мбит, необходимы как внешние компоненты. Кроме того, требуется внешний декодер ЗС. На базе указанных ИС выпускалось много моделей DAB-радиоприемников, начиная со второй половины 1996 г. Однако, как отмечалось выше, предложенная JESSI-архи-тектура с перестраиваемым преселекто-ром и блоком конвертера для DAB L-диапазона имеет некоторые недостатки, которые привели к появлению альтернативных технических решений.

Набор ИС D-FIRE фирмы Bosch

Фирма Bosch разработала набор ИС D-FIRE, позволяющий сконструировать DAB-радиоприемник с альтернативной архитектурой.

При разработке этих ИС были решены следующие основные задачи:

  1. реализован радиоприемник, не требующий регулировки при производстве;
  2. обеспечена полностью цифровая синхронизация (временная, частотная, фазовая);
  3. минимизировано общее количество ГУН;
  4. значительно уменьшены габаритные размеры радиоприемника.

Две аналоговые ИС из набора D-FIRE позволяют реализовать РЧ-блок с высокой промежуточной частотой, который рассмотрен выше (в упрощенном виде показан на рис. 3).

Вся цифровая обработка DAB-сигна-лов выполняется при помощи одной ИС (СБИС) D-FIRE (DAB Fully Integrated Receiver Engine).

Упрощенная структурная схема цифровой ИС D-FIRE (рис. 5) содержит следующие основные части:

  • сигнальный тракт, обеспечивающий выполнение всех функций по обработке DAB-сигналов и декодированию;
  • блок управления, включающий в себя ядро цифрового сигнального процессора OAK DSP 1660, ядро процессора Mini RISC TR 4101, устройства памяти SRAM (СОЗУ), TDI SRAM (Test Data Input SRAM), интерфейс памяти, а также кросс-коннектор, который реализует гибкую связь между всеми компонентами.

Декодированные данные могут передаваться на внешние устройства через декодер применений RDI (Application decoder Radio Data Interface - ARDI). Интерфейс 12С используется для управления ИС. На выходе декодера ЗС установлен буфер данных для интерфейса 12 S.

Вид радиоприемного DAB-модуля, сконструированного фирмой Bosch на основе набора ИС D-FIRE, показан на рис. 6. Этот модуль обеспечивает также прием сигналов аналогового ОВЧ-радиовещания с ЧМ. На этом же рисунке показаны радиоприемные DAB-модули фирм Roke-Manor Research и Grundig, выполненные на базе других наборов специализированных ИС.

Представленный выше радиоприемный DAB-модуль фирмы Bosch применен, например, в автомобильной магнитоле, имеющей торговое наименование BLAUPUNKT Hannover DAB 106, (рис. 7, вверху). Эта модель магнитолы поступила в продажу в конце 90-х годов прошлого века. На рис. 7 показан также радиоприемный DAB-модуль Pioneer, разработанный в те же годы. Позднее компания Bosch разработала набор специализированных ИС AD6002/6003 с более высокой степенью интеграции [3]. Размер радиоприемного DAB-модуля, выполненого на основе данного набора ИС, равен примерно 2x3 см. Этот модуль обеспечивает прием сигналов аналогового ОВЧ-радиовещания с ЧМ.

Заключение

Подводя итоги, можно отметить следующее.

По техническому уровню и потребительским характеристикам DAB-радио-приемники намного превосходят аналоговые устройства того же назначения. При этом по ценам они уже сблизились. Стоимость наиболее дешевых DAB-радиоприемников не превышает 60 евро.

Производство элементной базы для DAB-радиоприемников (БИС, СБИС и др.) требует применения самых передовых технологий.
Задачи, связанные с массовым производством достаточно дешевых потребительских DAB-радиоприемников различных видов, а также элементной базы для них, уже решены.

DAB-радиоприемники прочно заняли свою маркетинговую нишу. Система DAB предоставляет пользователям возможность устойчивого приема звуковых программ с качеством воспроизведения, характерным для CD-проигрывателей, а также ряд недоступных ранее услуг"радиомультимедиа" (в это понятие входят: передача подвижных и неподвижных изображений, электронных газет, преобразование текстовой информации в синтезированную речь, транспортная навигация и др.).

Возможна организация интерактивного канала DAB. В этом случае создается "обратный канал" через систему мобильной связи GSM.

На базе системы DAB разработана система DMB (Digital Multimedia Broadcasting), которая предназначена для передачи телевизионных программ на мобильные радиоприемные устройства DMB (в том числе встроенные в мобильные телефоны). Система DM В эксплуатируется в ряде стран.

Наличие этих и других потребительских функций в сочетании с достаточно низкими ценами определяет повышенный спрос на DAB-радиоприемники в странах, где организовано регулярное вещание по данной системе.

Литература

  1. Kozamernic F. (EBU), Unsworth J. (World DAB). DAB: Completing the revolution// International Broadcast Engineer. April 1999, P. 51-53.
  2. http://www.worlddab.org
  3. Digital Audio Broadcasting. Principles and Applications of Digital Radio. Second edition. Edited by W. Hoeg and T. Lauterbach. John Wiley and Sons. eBook, 2003.
  4. EN 300401. Radio Broadcasting Systems: Digital Audio Broadcasting (DAB) to mobile, portable and fixed receivers. Third edition. - ETSI, 2001
  5. КацнельсонЛ. Система цифрового звукового радиовещания "Эврика-147/DAB"// Install-Pro. Декабрь 1999. № 2. С. 38-43.
  6. Кларк Дж., мл., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи: Пер. с англ.- М.: Радио и связь, 1987.- 392 с. (Стат. теория связи).

Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #7, 2007
Посещений: 23293

  Автор

Лев Кацнельсон

Лев Кацнельсон

Доцент СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича

Всего статей:  9

  Автор

Людмила Козлова

Людмила Козлова

Зам. директора Центра проектирования и строительства "DATATEL" по перспективным технологиям

Всего статей:  3

В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций