軟件無線電使汽車收音機能夠同時支持多種數字廣播標準

摘要：目前全球有多種數字收音機標準，因此跨國汽車制造商必須針對不同市場推出多種系統。軟件無線電可以單一硬件平臺支持多種標準。恩智浦推出的多標準數字收音機協處理器SAF356x同時支持DAB/DAB+/T-DMB、高清收音機和DRM。

關鍵詞：數字收音機；SDR；軟件無線電；DAB；高清收音機DOI：10.3969/i.issn.1005-5517.2011.07.002

集所有功能于一體，這并非虛言。現在，設計工程師可以只通過一個數字收音硬件平臺，就能靈活地滿足功能豐富的汽車信息娛樂系統的各種需求。事實上，自Toseph Mitola于20世紀90年代中期提出軟件無線電(SDR)的概念以來，它就立刻成為人們關注和研究的焦點。軟件無線電為無線電應用設計者解決了諸多難題，尤其是為實現全球的通用性，收音機所必須支持的標準數量，以及支持多重標準所需的成本。那為什么是現在呢？

盡管SDR概念已經在軍事應用中普及多年、但直到最近，對成本敏感的產品，如汽車收音機和手機的設計者們才開始設計基于SDR的解決方案。摩爾定律是一個重要的實現因素，也能使數百萬的晶體管支持高計算密度信號處理芯片。但是、僅憑預處理能力是不夠的。因為在現實世界，還應根據功耗、芯片尺寸和處理核心架構的靈活性等其他指標判斷收音性能，從而適應新的標準。

除此之外，在必須滿足不同地區的汽車信息娛樂標準要求的同時，工程師也面臨著開發通用的解決方案的問題，因為對于為全球客戶提供服務的汽車OEM(原始設備制造商)而言，單一的方案是不夠的。例如，在美國，HD Radio目前已成為主要汽車品牌的車載娛樂系統中的核心元件。同時，在歐洲，從英國開始，政府選擇了DAB/DAB+/T-DMB標準系列：而德國、法國和意大利等其他歐洲國家對DAB、DAB+和T-DMB也表現出更大的熱情。

為了解決標準不統一帶來的問題，恩智浦半導體的工程師們提出了一個非常靈活的SDR理念，即信號處理模塊變成一種可在不同標準之間所共享的功能。該解決方案采用了由恩智浦及其合作伙伴共同開發的最先進的嵌入式數字信號處理內核，能夠支持現有汽車應用中的各種收音標準，還能通過更新軟件來適應未來的新的標準。恩智浦的SAF3S6x是首款用于地面數字廣播的多標準基帶協處理器，除HD Radio，DAB等標準外，還可以通過軟件更新來支持包括DRM或DRM+在內的其他標準。

作為一個兼容多種標準的處理器，SAF3S6x可以代替目前用于車載娛樂系統的多個芯片，通過靈活的軟件升級來適應未來的平臺拓展及升級。為了說明各種標準的異同，下面我們來具體研究一下這些標準。

數字調幅廣播(DRM)

DRM是一種30MHz頻率以下的短、中、長波數字收音系統。它具有接近FM的音質以及數字傳輸的方便性，對于AM接收效果的提升是非常顯著的。

DRM系統采用編碼正交頻分復用(COFDM)技術。所有由數字編碼產生的音頻數據以及相關的信息數據均通過大量緊密排列的載波進行傳輸。

所有載波均包含在傳輸信道中，時間和頻率交織的方法用以減輕多徑干擾所造成的衰減。OFDM和編碼的各種參數均可以更改，保證DRM可以在不同的傳播環境中正常運行。

DRM的最大比特率為72 kbit/s。圖1為DRM信道編碼器的框圖。

DRM系統利用MPEG 4高效高級音頻壓縮(HE AAC+v2)，以低數據率提供高質量音頻。此外、碼激勵線性預測編碼(CELP)和諧波矢量激勵編碼(HVXC)語音壓縮算法則以更低的數據率對單獨的語音信號進行編碼，如圖2所示。

DRM+

DRM+是在DRaM基礎上的進一步發展，它是在波段I和波段II(FM-波段)上數字收音傳輸的標準。而且，OFDM可提供高效頻譜利用和無干擾移動接收。憑借其95kHz的帶寬，DRM+適合歐洲使用的100kHz FM模式，可以在波段Ⅱ的各個頻段中傳輸。

DRM+最大有效數據率高達186kbit/s：采用MPEG 4 HE AAC+音頻壓縮技術最多可以將4種不同的音頻流(包括附加的數據服務，甚至是視頻流)集成到一個DRM+多路復用上。該系統的總體結構與DRM相同，DRM+可“平滑地”集成到DRM中，如圖2和圖3所示。

數字音頻廣播(DAB)

在20世紀80年代末設計DAB系統時。最初有五個目標：(1)提供CD品質的收音廣播；(2)提供優于PM的車內接收品質；(3)更有效地利用頻譜；(4)允許通過電臺名稱而不僅是調頻來換臺；(5)允許傳輸數據。

該系統已經眾所周知，本文不再贅述。然而，均源于DAB的DAB+和T-DMB已經集成了MPEG-4 HE-AAC+v2音頻壓縮技術和帶額外交叉的里德一所羅門(Reed-Solomon]糾錯編碼技術。下面將簡要地探討DAB+和T-DMB。

DAB+

DAB和DAB+之間的主要差別在于，DAB數字收音廣播采用MPEG-2音頻II層音頻壓縮技術，而DAB+采用MPEG-4 HE-AAC+、v2音頻壓縮技術。

HE-AAC+v2是AAC核心音頻壓縮的擴展集。此擴展集結構可根據比特率的需求提供三種選擇：(1)用于高比特率的普通AAC；(2)用于中比特率的AAC和頻譜帶復制(SBR)，即HE-AAC；(3)用于低比特率的AAC、SBB和仿立體聲(Ps)，即HE-AAC+v2。

每個音頻超幀通過五個連續邏輯DAB幀中傳送，以實現簡單的同步和重新配置的管理。

源于原始系統Rs(2ss、245、f=s)的里德，所羅門Rs(120、110、t=5)截短碼應用于每個音頻超幀的110字節部分，以生成一個容錯保護包。外部(解)交織器可被120列的區塊(解)交織器視為一行。圖3所示為DAB+系統的框圖。

T-DMB

根據ETSI EN 300 401標準，T-DMB同樣基于傳統的DAB傳輸系統。這意味著通過向現有DAB系統增加一個T-DMB視頻編碼器，DAB傳輸即可用于T-DMB傳輸。由于在同一個系統上提供T-DMB和DAB、因此T-DMB設備不僅可以接收T-DMB多媒體服務，還可接收DAB音頻服務。

T-DMB針對音頻服務使用比特分片算術編碼(BSAC)或HE-AAC+v2音頻編碼，針對視頻服務則使用高級視頻編碼(AVC)，針對交互式數據相關服務使用二進制格式場景(BIFS)。圖5所示為T-DMB音頻系統的框圖。

HD Radio

HD Radio是指在同一信道上發射數字廣播信號以及傳統AM或FM信號的一種方法。

由于HD Radio是非開放的知識產權系統，本文只作簡要描述。HDRadio同時還是一種在正常AM/FM信號的每一側創建一組數字邊帶的COFDM系統。

HD Radio適用于傳統AM/FM頻段，可以同傳統AM/FM相結合，通過三種不同的數字信號模式，向充分利用頻譜的方向發展：模擬數字混合模式、擴展混合模式及全數字模式、如圖5所示。