一种DRM数字广播接收机的同步算法

摘要：介绍了德国达姆施塔特大学通信技术学提出并实现的一种DRM接收机的同步方法，能够很好地解决帧、符号和载波联合同步的问题。

关键词：DRM数字广播 正交多载波调制（OFDM） 频率同步 时间同步

数字技术极大地改变了广播电视的面貌，成熟的数字处理技术已广泛地应用于广播电视的节目采集、制作及播出系统。然而，调幅广播的发射却仍停留在传统的模拟信号的水平上。众所周知，采用模拟技术播出的调幅广播有许多难以克服的缺点，例如声音质量差、信号容易衰落等。为了建立统一的AM波段（30MHz以下）数字声音广播系统标准，1998年世界性数字无线电组织DRM（Digital Radio Mondiale）在广州如开的调幅广播无线电研讨会上正式成立。主要任务是寻找的数字调幅广播系统。DRM广播的出现，是30MHz以下广播复兴的标志。DRM广播利用了许多的数字技术，大幅度提高了所传送节目的声音质量。提高了频谱利用率，增强了信号抗多经衰落特性，而且提高很多特性使DRM广播更人性化（操作简易）、更智能化（AFS），便于用户使用和接受。DRM系统目前已成为国际标准。DRM广播终要替代传统的模拟AM广播运行，但在过渡期间二者是共存的。
1 正交多载波调制（OFDM）

对于DRM系统的一个要求是尽量减小多径传播的影响。特别是在长、中、短波出现这种效率，会导致接收机接收来自不同方向的有时间延时的相同的无线电池（例如电离层的反射）。为了使出现的延时在多至很多个毫秒的情况下不会带来影响。DRM使用了正交多载波调制（OFDM）传输方法。正交多载波调制（OFDM）是一种高效的数据传输方式，其基本思想是把高速数据流分散到多个正交的子载波上传输，从而使子载波上的符号速率大幅度降低，符号持续时间大大加长，因而对时延扩展有较强的低抗力，减小了符号间干扰的影响。通常在OFDM符号前加入保护间隔，只要保护间隔大于信道的时延扩展则可以完成消除符号间干扰。OFDM相对于一般的多载波传输的不同之处是它允许子载波频谱部分重叠，只要满足子载波间相互正交则可以从混迭的子载波上分离出数据信息。由于OFDM允许子载波频谱混迭，其频谱效率大大提高，因而是一种高效的调制方式。其传输系统原理图如所示。
主要的不足之一是对定时和频率偏移敏感。如果做不到定时和减少频偏，OFDM的正交性将无法保证，必然此起各子载波之间的相互干扰和ISI。

2 同步概述及方法

频率偏移是由收发设备的本地载波之间的偏差、信息的多普勒频移等引起的，由子载波间隔的整数倍偏移和子载波间隔的小数倍偏移构成。子载波间隔的整数倍偏移不会引起ICI，抽样点仍在顶点，但是解调出来的信息符号的错误概率为50%；子载波间隔的小数倍偏移由于抽样点不在顶点，破坏了子载波之间的正交性。从频偏估计的过程来看，一般分为粗同步（捕获）和细同步（跟踪）。

定时恢复可以进一步分为OFDM块同步和采样时钟同步。OFDM块是由循环前缀和有用数据信息组成，因此OFDM块同步就是要确定OFDM块有用信息的开始时刻，也可以也叫做确定FFT窗的开始时刻。定时的偏移会引起子载波相位的旋转，而且相位旋转角度与子载波的频率有关，频率越高，旋转角度越大。如果定时的偏移量与时延扩展的长度之和仍小于循环前缀的长度，此时子载波之间的正交性仍然成立，没有ISI和ICI，对解调出来的数据信息符号的影响只是一个相位的旋转，否则一部分数据信息丢失了，而且为严重的子载波之间的正交性破坏了，由此带来的ISI和ICI是影响系统性通能的关键问题之一。

下面介绍的这种同步算法是德国达姆施塔特大学通信技术学院提出并实现的方法。框图如所示。

2．1 频率捕获

·功率谱密度（PSD）估计

·导频位置相关性

·FFT窗放置的任意性——不需要优先的定时信息；

·对所有信道和制式，平均错误率<10%。

是接收数据经FFT和相关算法后获得的频率捕获图。
2．2 时间捕获

·保护间隔相关性如所示。

·argmax{eG(θ)}就估计出了定时位置。

利用峰之间时间的不同可以检测出不同模式，如所示。

2．3 帧同步

假定：信道在导频连接位置是相同的。

Hk,pt(i) ≈Hk,pt(i)+1

利用信道估计，能计算出接收信号和导频单元的平方距离：

该值在帧开始时达到值。

2．4 频率跟踪

·频率偏移估计是基于两个连续符号之间的相位增量，符号是在导频载波频率上。

Zl,k：第K个子载波上的第L个符号的FFT单元的输出值；Ts:一个符号的周期；Pf（i）：导频位置。

2．5 时间跟踪

·利用平均IFFT变换的带窗信道估计（H’k,l）来估计信道冲激响应：

·用峰检测来进行的路估计。

仿真结果见。