DAB送信システムエンコーダの設計及び実現・インテリジェント製造ネットワーク

デジタルオーディオ放送（DAB）は、振幅変調（AM）、周波数変調（FM）放送に続く第3世代放送である。現行放送に比べ、DABは音質が良く（CD品質）、マルチメディア及び高速モバイル受信を実現でき、暗号化可能、送信電力が小さく、カバー面積が大きく、スペクトル利用率が高く、耐干渉能力が高いなどの利点がある。DAB伝送のトラフィックは、通常のオーディオ番組に加えて、テキスト、静止画、またはアクティブなAVなどの他の任意の形式のデータを伝送することができる多種多様であることができる。したがって、DABはデジタルマルチメディア放送（DMB）とも呼ばれる。本文の主な内容

PCとCyclone II EP 2 C 20 F 484 C 7に基づくFPAG上でDAB送信システムエンコーダを実現するソフトウェアハードウェア設計を紹介し、設計は回路規模と資源利用の要求を十分に考慮した。本設計は、最終的にDAB／DMB受信機をテストするために使用される。

DAB送信システムエンコーダ設計

DABの送信システムは、番組プロバイダの位置にあるソースエンコーダ、放送局の位置にあるマルチプレクサ、および送信位置にあるCOFDM（符号化直交周波数分割多重）符号化変調器を主に含み、COFDMはチャネル符号化とOFDM変調の2つの部分に分けることができる。DAB送信端のエンコーダは主に、DEETI（トラフィック群送信インタフェース）フレームモジュール、チャネル符号化モジュール、DQPSK変調モジュール、OFDM変調モジュール、アップコンバートモジュール、デジタルフィルタモジュール、USBインタフェースモジュールなどを含む。チャネル符号化モジュールは、エネルギー拡散、削除可能な畳み込み符号化、時間インターリーブ、周波数インターリーブなどを含む。エンコーダ全体の入力はマルチプレクサからのETIフレームであり、アナログ中間周波数信号として出力される。

設計全体は主にPC端のソフトウェア符号化とFPGA端のIFFTモジュール設計、USBモジュールとDACモジュールのPCB設計から構成されている。PC側は主にETIフレームの逆多重、チャネル符号化及びDQPSK変調を実現し、USBインタフェースを通じて変調後のデータをFPGA側に転送し、FPGA側はデータを受信し、IFFTモジュールに渡してIFFT変換を行う。これはOFDM（直交周波数分割多重）を実現する主要な方法である。IFFTから出力されたデータは、IFアップコンバータを介してベースバンド信号を中間周波数に変換し、デジタルフィルタリングを経てDACモジュールに送られる。その後、DACモジュールはデジタル信号をアナログ信号に変換して送信機に送り、送信機を通じて送信し、周波数はBANDIII（165-240 Mhz）からLバンド（1452-1492 Mhz）まで選択可能である。

PC側ソフトウェア設計

PC側ソフトウェアは主にETIフレームの逆多重化、チャネル符号化（エネルギー拡散、畳み込み符号化、時間インターリーブ、周波数インターリーブを含む）、DQPSK変調を実現する。同時に、メーカーが提供するドライバを通じてUSBデータ伝送とUSBモジュールの制御を実現し、PCマンマシンインターフェースを提供し、ユーザーは伝送するETI番組を選択し、その伝送モードを設定することができる。

エンコーダPCインタフェース

（1）ETIフレームを解く：1つのETIフレームには主にフレームヘッダ情報（本フレーム及びフレーム内の各サブチャネルに関する情報）とメイントラフィックストリームデータMST（オーディオデータ符号ストリームと高速データチャネルFICを含む）が含まれる。まず、送信されてきたETIフレームの同期情報とフレーム長情報を抽出し、フレームヘッダを見つけやすくする必要があります。さらにETIフレームフォーマットに基づいて、FIC情報とプライマリ・トラフィック・データ・ストリーム情報を抽出する。

（2）チャネル符号化：ETIフレームから抽出されたFICデータとメイントラフィックストリームデータをエネルギー拡散し、抽出された各サブチャネル保護レベル情報に基づいて、各トラフィック成分を保護レベルで削除可能な畳み込み符号化を行い、その後、メイントラフィックデータを時間インターリーブし、インターリーブされたメイントラフィックデータをメイントラフィックチャネル（MSC）のCIFフレームに合成し、FIC情報を時間インターリーブせずにCIFフレームとともにDAB伝送フレームに合成する。同時に、PC側ではDAB伝送フレームの周波数インターリーブも実現される。

（3）DQPSK変調：データ情報は周波数インターリーブを行った後、各キャリアの初期位相に基づいてDQPSK変調を行い、キャリア毎の変調位相情報を得る。

（4）USB伝送制御：DQPSK変調されたDABフレームはUSBインタフェースを介してFPGA上のIFFTハードウェアモジュールに伝送される。メーカーが提供するUSBドライバに基づいて対応するUSBデータ転送プログラムを作成します。

FPGA端の設計

FPGA端子は主にIFFT（逆フーリエ変換）演算、IFアップコンバータ、デジタルフィルタを実現する。PCから送信されたDABフレーム位相情報をIFFT演算し、OFDM変調を完了し、変調されたベースバンド信号をインバータを介して中間周波数信号に変換し、フィルタリングしてDACモジュールに送る。USBモジュールからデータを受信するため、FPGAにはUSBインタフェースモジュールも必要です。同時に、USBインタフェースモジュールとIFFTモジュールの間にbufferバッファとして内部RAMが必要であり、IFFT演算後、データは2048*24ビットの2口RAM空間に格納され、周波数変換とフィルタリングを経て、DACインタフェースモジュールを通じてDACモジュールに出力される。IFFT演算モジュール、USBインタフェースモジュール、アップコンバートモジュール、DACインタフェースモジュール、これらのモジュールはALTERAに埋め込まれたNIOSIIソフトコアプロセッサによって制御され、FPGAにSOPC（SystemOn Programmable Chip）システムを構築した。

FPGA設計フレーム

論理ユニット、組み込みメモリの数を含めて、本設計で使用されるリソースを考慮して、リソースの十分な利用を達成するために、ALTERA社のCycloneIIシリーズFPGAEP 2 C 20開発ボードを選択した。この開発ボードは512 KByteの屋外RAM空間を持ち、NIOSのプログラムメモリとUSBインタフェースのデータバッファとして、データのリアルタイム転送を保証することができる。FPGAの各モジュールの設計は統合され、15000以上の論理ユニット（NIOSIIモジュールを含む）を占有し、82%（52個のM 4 K）のメモリビットを占有し、システム全体で65.536 MHzのクロックを使用し、開発ボードの資源を有効に利用し、結果は良好であった。

PCBの設計

PCBの設計には、USBモジュールとDACモジュールの2つの部分が含まれています。

（1）USBモジュールは主にPCとFPGA間の高速通信を実現し、伝送速度が300 KB/sに達しなければデータのリアルタイム伝送が実現できないことを考慮して、FT 245 BLをUSBインタフェースチップとして選択した。

（2）DACモジュールは、デジタルフィルタから出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換するためのものである。エンコーダはデジタルの中間周波数信号を出力し、サンプリング周波数は16.384 MHz、帯域幅は1.536 MHzである。DACを経てアナログ信号に変換した後も増幅し、フィルタリングし、ピーク値が1 VのDABアナログ中間周波信号を出力する必要がある。

本文のまとめ

本文はPCとFPGAに基づくDAB送信システムエンコーダの設計を紹介し、ソフトウェアを通じてDAB送信システムのOFDM変調前のチャネル符号化を実現し、試験試験試験を経て2.048 Mb/sのETIデータストリームに対してリアルタイムのチャネル符号化を行うことができ、同時にUSBインタフェースを通じてFPGA上のOFDMモジュールに伝送するデータレートは320 KB/sに達することができ、リアルタイムの要求を満たした。その後、DACモジュールから出力されたアナログ信号はSMA接続ヘッドを介してDAB送信機に送られる。【図4】DAB送信システムエンコーダの実物大図である。チャネル符号化部をPC側に置くことは簡単で効果的な実現方法であり、FPGAを用いてチャネル符号化部を実現することは次のステップの仕事であることが実証されている。