宋文君

摘 要：該文對(duì)HD Radio FM數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)的發(fā)射、接收系統(tǒng)以及實(shí)現(xiàn)程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)和探討，并驗(yàn)證了合理性。

關(guān)鍵詞：HD Radio FMOFDMFPGAIBOC

中圖分類號(hào)：TN93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）06（a）-0255-02

在數(shù)字音頻廣播領(lǐng)域，正在使用幾項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，比如歐洲的Eureka-147，它被稱為DAB（數(shù)字音頻廣播），并被多個(gè)歐洲國家所采用，這個(gè)系統(tǒng)利用了OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)。另外一個(gè)數(shù)字廣播技術(shù)叫做DRM（數(shù)字調(diào)幅廣播），運(yùn)行在低于30 MHz的頻率。如果這兩種數(shù)字廣播技術(shù)都占用新的頻譜來單獨(dú)使用，對(duì)于有限的頻率資源，會(huì)造成極大的浪費(fèi)。因此，出現(xiàn)了IBOC（帶內(nèi)同頻道）系統(tǒng)被，它允許傳統(tǒng)廣播和數(shù)字廣播在相同的頻道內(nèi)同時(shí)播出。

HD Radio FM系統(tǒng)是由iBiquity Digital公司開發(fā)的數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)，它可以在相同的FM頻譜內(nèi)同時(shí)播放模擬和數(shù)字廣播信號(hào)。這個(gè)系統(tǒng)使用兩種播放模式：混合模式和全數(shù)字模式。在混合模式下，一個(gè)站點(diǎn)占用400 kHz帶寬同時(shí)發(fā)射它的模擬和數(shù)字信號(hào)；而在全數(shù)字模式下，它可以利用全部400 kHz帶寬來發(fā)射全數(shù)字信號(hào)。

1 發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)

HD Radio FM參數(shù)是：副載波間隔363.4 Hz，循環(huán)字首寬度7/128，F(xiàn)FT大小是4096，OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間2.764 ms。在分配給每個(gè)站點(diǎn)的400 kHz帶寬中，中心的200 kHz只為模擬使用，兩邊剩下的邊帶總共200 kHz是為數(shù)字使用。在HD Radio FM頻譜中，數(shù)字信號(hào)占到534個(gè)副載波，頻譜分區(qū)遵從混合模式1。在模擬FM兩邊每邊都有10個(gè)頻率劃分區(qū)，每1個(gè)劃分區(qū)包含19個(gè)OFDM副載波，其中包含控制/同步的1個(gè)參考副載波和18個(gè)數(shù)字音頻數(shù)據(jù)副載波。每個(gè)框架持續(xù)1.486 s，其中包含16個(gè)塊和每個(gè)塊上的32個(gè)OFDM符號(hào)。另外，OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間和循環(huán)字首長(zhǎng)度分別是2.902 ms和7/128。

HD Radio FM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架圖如圖1。數(shù)據(jù)流首先進(jìn)入擾碼模塊，對(duì)輸入的傳輸流進(jìn)行加擾，這樣可以隨機(jī)化每個(gè)邏輯信道中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。接著，經(jīng)過擾碼的數(shù)據(jù)通過使用卷積碼來編碼，在每個(gè)邏輯信道中給數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)增加冗余度。然后，信道編碼信息流進(jìn)行交織，交織可以提供時(shí)間和頻率分集，來減少突發(fā)誤差的影響。

HD Radio FM系統(tǒng)在數(shù)據(jù)副載波中利用QPSK映射，在參考副載波中利用BPSK映射。OFDM副載波映射把交織數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域范圍。在頻率分區(qū)中，交織器分割的成對(duì)的相鄰列被映射成QPSK調(diào)制數(shù)據(jù)副載波。

發(fā)射子系統(tǒng)形成了基帶IBOCFM波，通過VHF（甚高頻）信道發(fā)送。功能中包含字符組串和頻率上變頻。當(dāng)發(fā)送混合波形或者擴(kuò)展混合波形的時(shí)候，在與數(shù)字波形合成之前，先要對(duì)基帶模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。這個(gè)模塊的輸入是一個(gè)合成的基帶時(shí)域OFDM信號(hào)y（t）。經(jīng)過Tdd延遲處理后，基帶模擬信號(hào)m（t）從模擬源出來。Tdd是可調(diào)整的，代表在模擬和數(shù)字連鎖之間的運(yùn)行時(shí)延。在 IBOC系統(tǒng)，模擬和數(shù)字信號(hào)載著相同的音頻節(jié)目。

模擬信號(hào)m（t）由傳統(tǒng)的FM調(diào)制器發(fā)送。

公式1

這里fc代表FM載波頻率，=75kHz是最大頻率偏移。然后，數(shù)字調(diào)制RF OFDM信號(hào)經(jīng)過上變頻器后和FM射頻信號(hào)合成，產(chǎn)生IBCO FM合成波形，s（t）。

2 接收機(jī)設(shè)計(jì)

有兩個(gè)主要原因造成CFO（載波頻率偏移）。首先，發(fā)射機(jī)和接收器之間的相對(duì)速度導(dǎo)致了多普勒效應(yīng)。第二個(gè)原因是發(fā)射機(jī)晶體振蕩器和接收機(jī)晶體振蕩器之間的不匹配。HDRadio FM的工作載波頻率可以高到108 MHz。信道模型明確了接收機(jī)在以141 km/h 的速度移動(dòng)的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致13Hz的多普勒偏移。這個(gè)值仍然少于副載波間隔的一半。廣播臺(tái)站的不匹配，LO（本振）的不匹配，應(yīng)該限制在1ppm。因此，接收機(jī)的本振不匹配是CFO的主要原因。下面的討論主要聚焦在本振的不匹配。假定本振不匹配是20ppm，載波頻率是108 MHz，CFO可以達(dá)到2160 Hz。

由上述討論中，我們可以把影響系統(tǒng)的載波頻率偏移分為FCFO（微小載波頻率偏移）和ICFO（整體載波頻率偏移）。在系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)CP（循環(huán)字首）延遲的相關(guān)性來檢測(cè)STO（符號(hào)時(shí)間偏移）和FCFO。ICFO可以使用在參考副載波上的控制數(shù)據(jù)來解決。因?yàn)镠D radio FM系統(tǒng)采用了OFDM調(diào)制技術(shù)，OFDM符號(hào)的循環(huán)字首允許接收器利用信號(hào)的周期性來估計(jì)一個(gè)符號(hào)的起始點(diǎn)。

通過符號(hào)中的高度自相關(guān)性能，自相關(guān)中的峰值指示了OFDM符號(hào)的起始值。其中，必須添加矯正功能來補(bǔ)償由于多徑信道造成的影響。即使這樣，仍然很難從周邊噪聲中區(qū)分出峰值。因此，平均一下符號(hào)長(zhǎng)度的自相關(guān)值可以提高可靠性。

對(duì)于ICFO部分，在頻率范圍可以通過使用均勻間隔參考副載波來解決。依據(jù)系統(tǒng)的性能，系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)數(shù)列的長(zhǎng)度是32bits，一次由一個(gè)OFDM符號(hào)發(fā)送一位。在這個(gè)數(shù)列中存在11位同步類型，它的設(shè)計(jì)目的是為了框架的同步?；谶@個(gè)性能，接收機(jī)一旦收到OFDM信號(hào)，就能夠把收到的副載波交叉關(guān)聯(lián)到這11位同步類型。如果在19個(gè)副載波中找到了更高的關(guān)聯(lián)副載波，那么參考副載波的位置找到了，ICFO可以獲得。

3 在FPGA硬件平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

在對(duì)系統(tǒng)中定義的參數(shù)和有效的硬件資源仔細(xì)估計(jì)后，選擇下面的參數(shù)用在硬件實(shí)現(xiàn)中。FFT大小為2048，CP長(zhǎng)度為112，采樣頻率為781.25 kHz，副載波間隔為381.5 Hz，符號(hào)率為361.9 Hz，發(fā)射率為104.2 kbps（編碼率2/5）。

在FPGA板上建立的CP2102 USB-UART橋接芯片用作板子和電腦之間的通信接口。由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的OFDM波形送入Agilent 89600導(dǎo)航信號(hào)發(fā)生器來分析它的頻譜圖和由MATLAB產(chǎn)生的仿真頻率圖相比較，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)頻譜圖基本相似。

FPGA實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)適用于HD Radio FM性能的原型基帶系統(tǒng)。由于FPGA性能，這個(gè)系統(tǒng)可以較快的處理信號(hào)，它能夠?yàn)橐院蟪绦蚺渲迷黾屿`活性。

參考文獻(xiàn)

[1] C.Faller，B.-H.Juang，P. Kroon，et Technical Advances in Digital Audio Radio Broadcasting[J].”IEEE proceedings，2002，90：1303-1333.

[2] iBiquity Digital Corporation， HD RadioTM FM Transmission System Specifications，2008.endprint

摘 要：該文對(duì)HD Radio FM數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)的發(fā)射、接收系統(tǒng)以及實(shí)現(xiàn)程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)和探討，并驗(yàn)證了合理性。

關(guān)鍵詞：HD Radio FMOFDMFPGAIBOC

中圖分類號(hào)：TN93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）06（a）-0255-02

在數(shù)字音頻廣播領(lǐng)域，正在使用幾項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，比如歐洲的Eureka-147，它被稱為DAB（數(shù)字音頻廣播），并被多個(gè)歐洲國家所采用，這個(gè)系統(tǒng)利用了OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)。另外一個(gè)數(shù)字廣播技術(shù)叫做DRM（數(shù)字調(diào)幅廣播），運(yùn)行在低于30 MHz的頻率。如果這兩種數(shù)字廣播技術(shù)都占用新的頻譜來單獨(dú)使用，對(duì)于有限的頻率資源，會(huì)造成極大的浪費(fèi)。因此，出現(xiàn)了IBOC（帶內(nèi)同頻道）系統(tǒng)被，它允許傳統(tǒng)廣播和數(shù)字廣播在相同的頻道內(nèi)同時(shí)播出。

HD Radio FM系統(tǒng)是由iBiquity Digital公司開發(fā)的數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)，它可以在相同的FM頻譜內(nèi)同時(shí)播放模擬和數(shù)字廣播信號(hào)。這個(gè)系統(tǒng)使用兩種播放模式：混合模式和全數(shù)字模式。在混合模式下，一個(gè)站點(diǎn)占用400 kHz帶寬同時(shí)發(fā)射它的模擬和數(shù)字信號(hào)；而在全數(shù)字模式下，它可以利用全部400 kHz帶寬來發(fā)射全數(shù)字信號(hào)。

1 發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)

HD Radio FM參數(shù)是：副載波間隔363.4 Hz，循環(huán)字首寬度7/128，F(xiàn)FT大小是4096，OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間2.764 ms。在分配給每個(gè)站點(diǎn)的400 kHz帶寬中，中心的200 kHz只為模擬使用，兩邊剩下的邊帶總共200 kHz是為數(shù)字使用。在HD Radio FM頻譜中，數(shù)字信號(hào)占到534個(gè)副載波，頻譜分區(qū)遵從混合模式1。在模擬FM兩邊每邊都有10個(gè)頻率劃分區(qū)，每1個(gè)劃分區(qū)包含19個(gè)OFDM副載波，其中包含控制/同步的1個(gè)參考副載波和18個(gè)數(shù)字音頻數(shù)據(jù)副載波。每個(gè)框架持續(xù)1.486 s，其中包含16個(gè)塊和每個(gè)塊上的32個(gè)OFDM符號(hào)。另外，OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間和循環(huán)字首長(zhǎng)度分別是2.902 ms和7/128。

HD Radio FM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架圖如圖1。數(shù)據(jù)流首先進(jìn)入擾碼模塊，對(duì)輸入的傳輸流進(jìn)行加擾，這樣可以隨機(jī)化每個(gè)邏輯信道中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。接著，經(jīng)過擾碼的數(shù)據(jù)通過使用卷積碼來編碼，在每個(gè)邏輯信道中給數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)增加冗余度。然后，信道編碼信息流進(jìn)行交織，交織可以提供時(shí)間和頻率分集，來減少突發(fā)誤差的影響。

HD Radio FM系統(tǒng)在數(shù)據(jù)副載波中利用QPSK映射，在參考副載波中利用BPSK映射。OFDM副載波映射把交織數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域范圍。在頻率分區(qū)中，交織器分割的成對(duì)的相鄰列被映射成QPSK調(diào)制數(shù)據(jù)副載波。

發(fā)射子系統(tǒng)形成了基帶IBOCFM波，通過VHF（甚高頻）信道發(fā)送。功能中包含字符組串和頻率上變頻。當(dāng)發(fā)送混合波形或者擴(kuò)展混合波形的時(shí)候，在與數(shù)字波形合成之前，先要對(duì)基帶模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。這個(gè)模塊的輸入是一個(gè)合成的基帶時(shí)域OFDM信號(hào)y（t）。經(jīng)過Tdd延遲處理后，基帶模擬信號(hào)m（t）從模擬源出來。Tdd是可調(diào)整的，代表在模擬和數(shù)字連鎖之間的運(yùn)行時(shí)延。在 IBOC系統(tǒng)，模擬和數(shù)字信號(hào)載著相同的音頻節(jié)目。

模擬信號(hào)m（t）由傳統(tǒng)的FM調(diào)制器發(fā)送。

公式1

這里fc代表FM載波頻率，=75kHz是最大頻率偏移。然后，數(shù)字調(diào)制RF OFDM信號(hào)經(jīng)過上變頻器后和FM射頻信號(hào)合成，產(chǎn)生IBCO FM合成波形，s（t）。

2 接收機(jī)設(shè)計(jì)

有兩個(gè)主要原因造成CFO（載波頻率偏移）。首先，發(fā)射機(jī)和接收器之間的相對(duì)速度導(dǎo)致了多普勒效應(yīng)。第二個(gè)原因是發(fā)射機(jī)晶體振蕩器和接收機(jī)晶體振蕩器之間的不匹配。HDRadio FM的工作載波頻率可以高到108 MHz。信道模型明確了接收機(jī)在以141 km/h 的速度移動(dòng)的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致13Hz的多普勒偏移。這個(gè)值仍然少于副載波間隔的一半。廣播臺(tái)站的不匹配，LO（本振）的不匹配，應(yīng)該限制在1ppm。因此，接收機(jī)的本振不匹配是CFO的主要原因。下面的討論主要聚焦在本振的不匹配。假定本振不匹配是20ppm，載波頻率是108 MHz，CFO可以達(dá)到2160 Hz。

由上述討論中，我們可以把影響系統(tǒng)的載波頻率偏移分為FCFO（微小載波頻率偏移）和ICFO（整體載波頻率偏移）。在系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)CP（循環(huán)字首）延遲的相關(guān)性來檢測(cè)STO（符號(hào)時(shí)間偏移）和FCFO。ICFO可以使用在參考副載波上的控制數(shù)據(jù)來解決。因?yàn)镠D radio FM系統(tǒng)采用了OFDM調(diào)制技術(shù)，OFDM符號(hào)的循環(huán)字首允許接收器利用信號(hào)的周期性來估計(jì)一個(gè)符號(hào)的起始點(diǎn)。

通過符號(hào)中的高度自相關(guān)性能，自相關(guān)中的峰值指示了OFDM符號(hào)的起始值。其中，必須添加矯正功能來補(bǔ)償由于多徑信道造成的影響。即使這樣，仍然很難從周邊噪聲中區(qū)分出峰值。因此，平均一下符號(hào)長(zhǎng)度的自相關(guān)值可以提高可靠性。

對(duì)于ICFO部分，在頻率范圍可以通過使用均勻間隔參考副載波來解決。依據(jù)系統(tǒng)的性能，系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)數(shù)列的長(zhǎng)度是32bits，一次由一個(gè)OFDM符號(hào)發(fā)送一位。在這個(gè)數(shù)列中存在11位同步類型，它的設(shè)計(jì)目的是為了框架的同步?；谶@個(gè)性能，接收機(jī)一旦收到OFDM信號(hào)，就能夠把收到的副載波交叉關(guān)聯(lián)到這11位同步類型。如果在19個(gè)副載波中找到了更高的關(guān)聯(lián)副載波，那么參考副載波的位置找到了，ICFO可以獲得。

3 在FPGA硬件平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

在對(duì)系統(tǒng)中定義的參數(shù)和有效的硬件資源仔細(xì)估計(jì)后，選擇下面的參數(shù)用在硬件實(shí)現(xiàn)中。FFT大小為2048，CP長(zhǎng)度為112，采樣頻率為781.25 kHz，副載波間隔為381.5 Hz，符號(hào)率為361.9 Hz，發(fā)射率為104.2 kbps（編碼率2/5）。

在FPGA板上建立的CP2102 USB-UART橋接芯片用作板子和電腦之間的通信接口。由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的OFDM波形送入Agilent 89600導(dǎo)航信號(hào)發(fā)生器來分析它的頻譜圖和由MATLAB產(chǎn)生的仿真頻率圖相比較，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)頻譜圖基本相似。

FPGA實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)適用于HD Radio FM性能的原型基帶系統(tǒng)。由于FPGA性能，這個(gè)系統(tǒng)可以較快的處理信號(hào)，它能夠?yàn)橐院蟪绦蚺渲迷黾屿`活性。

參考文獻(xiàn)

[1] C.Faller，B.-H.Juang，P. Kroon，et Technical Advances in Digital Audio Radio Broadcasting[J].”IEEE proceedings，2002，90：1303-1333.

[2] iBiquity Digital Corporation， HD RadioTM FM Transmission System Specifications，2008.endprint

摘 要：該文對(duì)HD Radio FM數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)的發(fā)射、接收系統(tǒng)以及實(shí)現(xiàn)程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)和探討，并驗(yàn)證了合理性。

關(guān)鍵詞：HD Radio FMOFDMFPGAIBOC

中圖分類號(hào)：TN93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）06（a）-0255-02

在數(shù)字音頻廣播領(lǐng)域，正在使用幾項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，比如歐洲的Eureka-147，它被稱為DAB（數(shù)字音頻廣播），并被多個(gè)歐洲國家所采用，這個(gè)系統(tǒng)利用了OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)。另外一個(gè)數(shù)字廣播技術(shù)叫做DRM（數(shù)字調(diào)幅廣播），運(yùn)行在低于30 MHz的頻率。如果這兩種數(shù)字廣播技術(shù)都占用新的頻譜來單獨(dú)使用，對(duì)于有限的頻率資源，會(huì)造成極大的浪費(fèi)。因此，出現(xiàn)了IBOC（帶內(nèi)同頻道）系統(tǒng)被，它允許傳統(tǒng)廣播和數(shù)字廣播在相同的頻道內(nèi)同時(shí)播出。

HD Radio FM系統(tǒng)是由iBiquity Digital公司開發(fā)的數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)，它可以在相同的FM頻譜內(nèi)同時(shí)播放模擬和數(shù)字廣播信號(hào)。這個(gè)系統(tǒng)使用兩種播放模式：混合模式和全數(shù)字模式。在混合模式下，一個(gè)站點(diǎn)占用400 kHz帶寬同時(shí)發(fā)射它的模擬和數(shù)字信號(hào)；而在全數(shù)字模式下，它可以利用全部400 kHz帶寬來發(fā)射全數(shù)字信號(hào)。

1 發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)

HD Radio FM參數(shù)是：副載波間隔363.4 Hz，循環(huán)字首寬度7/128，F(xiàn)FT大小是4096，OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間2.764 ms。在分配給每個(gè)站點(diǎn)的400 kHz帶寬中，中心的200 kHz只為模擬使用，兩邊剩下的邊帶總共200 kHz是為數(shù)字使用。在HD Radio FM頻譜中，數(shù)字信號(hào)占到534個(gè)副載波，頻譜分區(qū)遵從混合模式1。在模擬FM兩邊每邊都有10個(gè)頻率劃分區(qū)，每1個(gè)劃分區(qū)包含19個(gè)OFDM副載波，其中包含控制/同步的1個(gè)參考副載波和18個(gè)數(shù)字音頻數(shù)據(jù)副載波。每個(gè)框架持續(xù)1.486 s，其中包含16個(gè)塊和每個(gè)塊上的32個(gè)OFDM符號(hào)。另外，OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間和循環(huán)字首長(zhǎng)度分別是2.902 ms和7/128。

HD Radio FM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架圖如圖1。數(shù)據(jù)流首先進(jìn)入擾碼模塊，對(duì)輸入的傳輸流進(jìn)行加擾，這樣可以隨機(jī)化每個(gè)邏輯信道中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。接著，經(jīng)過擾碼的數(shù)據(jù)通過使用卷積碼來編碼，在每個(gè)邏輯信道中給數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)增加冗余度。然后，信道編碼信息流進(jìn)行交織，交織可以提供時(shí)間和頻率分集，來減少突發(fā)誤差的影響。

HD Radio FM系統(tǒng)在數(shù)據(jù)副載波中利用QPSK映射，在參考副載波中利用BPSK映射。OFDM副載波映射把交織數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域范圍。在頻率分區(qū)中，交織器分割的成對(duì)的相鄰列被映射成QPSK調(diào)制數(shù)據(jù)副載波。

發(fā)射子系統(tǒng)形成了基帶IBOCFM波，通過VHF（甚高頻）信道發(fā)送。功能中包含字符組串和頻率上變頻。當(dāng)發(fā)送混合波形或者擴(kuò)展混合波形的時(shí)候，在與數(shù)字波形合成之前，先要對(duì)基帶模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。這個(gè)模塊的輸入是一個(gè)合成的基帶時(shí)域OFDM信號(hào)y（t）。經(jīng)過Tdd延遲處理后，基帶模擬信號(hào)m（t）從模擬源出來。Tdd是可調(diào)整的，代表在模擬和數(shù)字連鎖之間的運(yùn)行時(shí)延。在 IBOC系統(tǒng)，模擬和數(shù)字信號(hào)載著相同的音頻節(jié)目。

模擬信號(hào)m（t）由傳統(tǒng)的FM調(diào)制器發(fā)送。

公式1

這里fc代表FM載波頻率，=75kHz是最大頻率偏移。然后，數(shù)字調(diào)制RF OFDM信號(hào)經(jīng)過上變頻器后和FM射頻信號(hào)合成，產(chǎn)生IBCO FM合成波形，s（t）。

2 接收機(jī)設(shè)計(jì)

有兩個(gè)主要原因造成CFO（載波頻率偏移）。首先，發(fā)射機(jī)和接收器之間的相對(duì)速度導(dǎo)致了多普勒效應(yīng)。第二個(gè)原因是發(fā)射機(jī)晶體振蕩器和接收機(jī)晶體振蕩器之間的不匹配。HDRadio FM的工作載波頻率可以高到108 MHz。信道模型明確了接收機(jī)在以141 km/h 的速度移動(dòng)的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致13Hz的多普勒偏移。這個(gè)值仍然少于副載波間隔的一半。廣播臺(tái)站的不匹配，LO（本振）的不匹配，應(yīng)該限制在1ppm。因此，接收機(jī)的本振不匹配是CFO的主要原因。下面的討論主要聚焦在本振的不匹配。假定本振不匹配是20ppm，載波頻率是108 MHz，CFO可以達(dá)到2160 Hz。

由上述討論中，我們可以把影響系統(tǒng)的載波頻率偏移分為FCFO（微小載波頻率偏移）和ICFO（整體載波頻率偏移）。在系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)CP（循環(huán)字首）延遲的相關(guān)性來檢測(cè)STO（符號(hào)時(shí)間偏移）和FCFO。ICFO可以使用在參考副載波上的控制數(shù)據(jù)來解決。因?yàn)镠D radio FM系統(tǒng)采用了OFDM調(diào)制技術(shù)，OFDM符號(hào)的循環(huán)字首允許接收器利用信號(hào)的周期性來估計(jì)一個(gè)符號(hào)的起始點(diǎn)。

通過符號(hào)中的高度自相關(guān)性能，自相關(guān)中的峰值指示了OFDM符號(hào)的起始值。其中，必須添加矯正功能來補(bǔ)償由于多徑信道造成的影響。即使這樣，仍然很難從周邊噪聲中區(qū)分出峰值。因此，平均一下符號(hào)長(zhǎng)度的自相關(guān)值可以提高可靠性。

對(duì)于ICFO部分，在頻率范圍可以通過使用均勻間隔參考副載波來解決。依據(jù)系統(tǒng)的性能，系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)數(shù)列的長(zhǎng)度是32bits，一次由一個(gè)OFDM符號(hào)發(fā)送一位。在這個(gè)數(shù)列中存在11位同步類型，它的設(shè)計(jì)目的是為了框架的同步?；谶@個(gè)性能，接收機(jī)一旦收到OFDM信號(hào)，就能夠把收到的副載波交叉關(guān)聯(lián)到這11位同步類型。如果在19個(gè)副載波中找到了更高的關(guān)聯(lián)副載波，那么參考副載波的位置找到了，ICFO可以獲得。

3 在FPGA硬件平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

在對(duì)系統(tǒng)中定義的參數(shù)和有效的硬件資源仔細(xì)估計(jì)后，選擇下面的參數(shù)用在硬件實(shí)現(xiàn)中。FFT大小為2048，CP長(zhǎng)度為112，采樣頻率為781.25 kHz，副載波間隔為381.5 Hz，符號(hào)率為361.9 Hz，發(fā)射率為104.2 kbps（編碼率2/5）。

在FPGA板上建立的CP2102 USB-UART橋接芯片用作板子和電腦之間的通信接口。由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的OFDM波形送入Agilent 89600導(dǎo)航信號(hào)發(fā)生器來分析它的頻譜圖和由MATLAB產(chǎn)生的仿真頻率圖相比較，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)頻譜圖基本相似。

FPGA實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)適用于HD Radio FM性能的原型基帶系統(tǒng)。由于FPGA性能，這個(gè)系統(tǒng)可以較快的處理信號(hào)，它能夠?yàn)橐院蟪绦蚺渲迷黾屿`活性。

參考文獻(xiàn)

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