DRM系統同步算法的研究?

周風波 梁 鼎

（邵陽學院 邵陽 422000）

1 引言

DRM（Digital Radio Mondiale）作為一種新的數字廣播系統，它極大地降低了發射功率，提高了頻率利用率，減少了發射機的運營成本，使聲音的接收質量得到顯著改善，為用戶提供的附加數據業務多樣化［1］。從長遠來看，目前在長波，中波和短波廣播中所使用的模擬廣播技術最終會被DRM數字技術所取代，雖然我國的DRM系統全面推廣應用需要經過漫長的過程，但其應用的前景非常樂觀［2］。

DRM系統采用先進的音頻編碼技術和OFDM信道調制技術，從而降低了干擾，提高了頻帶利用率，可以在無線信道中實現高速可靠的數據傳輸［3～7］。但是增加了DRM接收機對同步算法的要求，同步是整個DRM接收機的核心，直接關系到接收機能否正常工作。本文重點分析了DRM接收機同步的各個環節和算法，并對這些同步算法進行了仿真分析。

2DRM系統結構

2.1DRM傳輸系統

DRM傳輸系統包括信源編碼、復用、信道編碼和OFDM調制四部分［8］，如圖1所示。

2.2 DRM系統同步類型

DRM系統采用OFDM正交調制技術，如圖2所示，包含三種同步：符號同步，樣值同步和載波頻率同步。

符號同步就是確定OFDM符號的開始位置，即確定準確的FFT窗口位置；樣值同步就是需要與發送端保持相同的采樣頻率；載波頻率同步就是確保OFDM系統的子載波間能夠保持正交性，避免產生子信道間的干擾。對整個DRM系統而言，一個傳輸幀包含多個OFDM符號，因此需要確定DRM的幀同步。

圖1 DRM傳輸系統框圖

圖2 DRM系統的各種同步類型

3 DRM同步算法

3.1 基于循環前綴的符號同步算法

如圖3所示，在DRM系統的接收端，選取長度為2N+L的連續樣值r（k），k取值范圍為［1，2N+L］，則其中必然包含一段完整的N+L的OFDM符號。其中，假設d為符號的起始位置，L為循環前綴的長度，本文使用基于循環前綴的最大似然同步算法來實現符號同步。

圖3 DRM接收信號示意圖

定義兩個集合：

集合I與I'中的樣值是對應相同的，因此存在如下的相關特性：

Λ(d，Δfc)定義為概率密度函數的對數，給出頻率偏差Δfc和符號時間d的條件下，2N+L個抽樣點的聯合條件概率密度函數可以表示為

對上式進行一些代數運算處理之后，式（1）可以簡化為

定義：

則定時偏差d的最大似然函數為

則最佳符號定時位置為

3.2 幀同步

一個OFDM符號包括若干個單元符號，在前面所述的符號同步算法中，我們已經精確找出OFDM符號的起始位置。在DRM信號中，一個傳輸幀由若干個OFDM符號組成，在不同模式下的情況如表1所示［2］。

表1 傳輸幀結構

DRM信號是封裝在傳輸超幀中進行傳輸。每個幀中包含的不同OFDM符號具有不同的作用，比如用于信道估計的增益導頻單元是按照傳輸幀設計的。所以DRM的傳輸幀同步至關重要，它是在上述各種同步之后，信道估計之前進行處理。

DRM傳輸幀的第一個OFDM符號中包含時間導頻，在參考文獻［2］中規定了時間導頻的位置和相位配置信息，其幅度為 2，時間導頻就是用于傳輸幀同步。雖然，在OFDM符號中用于傳輸幀同步的時間導頻和頻率導頻可能是有交叉的，但是兩者的定義是相同的。設一個傳輸幀包含S個OFDM符號，時間導頻的數量為LT，則幀同步的算法如下：

1）輸入一個傳輸幀長度的數據，即為S個OFDM符號。

2）按照參考文獻［2］，取出OFDM符號在該模式對應的時間導頻單元符號，設為 Xs，k(i)。

3）取出該模式在參考文獻［2］中對應的導頻相位信息，相位復數表達式為

4）將從步驟2）中得到的單元符號和步驟3）中得到的導頻單元相位進行共軛相乘，可以得到表達式：

由上式可將導頻的影響消除，為進一步實現更好的估計效果，可以將導頻相鄰的兩個Js，k(i)再共軛相乘并求和。可得：

5）將每個傳輸幀的OFDM符號進行上述步驟，可以得到S個γ(s)的值。若γ模值取得最大值的時候，則其對應的位置就是傳輸幀的起始OFDM符號。

4 仿真分析

在Matlab平臺下，仿真參數設置如下：采用51個OFDM符號，一個傳輸幀包含15個OFDM符號，一個傳輸超幀包含3個傳輸幀，所以從第7個OFDM符號插入時間導頻，開始一個完整的傳輸超幀。IFFT長度為1024，循環前綴長度為256。信道模型：標準中∕短波信道（信道3），多徑數為5，調制方式為16QAM。

圖4 符號同步捕獲

從圖4可以看出，它有一個峰值，而這個值就是最佳符號同步點，為了精確找出這個點，可以通過求平均來獲取，本仿真用15個OFDM符號來求平均，得到最佳符號同步位置。

由圖5可知，隨著信噪比的提高，符號同步概率是逐漸上升的。在信噪比為1dB左右達到100%同步，即這種符號同步算法在正信噪比下可以較好地實現符號精確同步。由于DRM系統發射功率大，信噪比較高，這種同步算法滿足DRM標準的要求。

圖5 在不同信噪比下的符號同步概率

由圖6可知，仿真曲線在第10個點取得最大值，則傳輸幀的起始位置在第10個OFDM符號的位置上。

圖6 幀同步仿真曲線

5 結語

本文研究了DRM數字調幅廣播系統原理，分析了DRM接收機中同步的各個環節和各種同步偏差對系統的影響，提出了適用于DRM系統的符號同步算法和幀同步算法。仿真表明，上述幾種算法在DRM接收機中有較好的性能。