通信原理論文 HD Radio系統(tǒng)交織模塊 Matlab仿真

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1、通信原理論文 HD Radio系統(tǒng)交織模塊Mat lab仿真 摘要：現(xiàn)今模擬廣播技術(shù)向數(shù)字廣播技術(shù)轉(zhuǎn)換，是科技發(fā)展的必然趨勢(shì)。FM HD Radi。技術(shù)可實(shí)現(xiàn)模擬與數(shù)字節(jié)目同播，使模擬FM廣播平滑過渡到數(shù)字廣播。本文介紹了 HD Radi。系統(tǒng)物理層的加擾、信道編碼、交織、OFDM調(diào)制等模塊的原理，并對(duì)其混合模 式的交織模塊進(jìn)行了 MATLAB仿真。 關(guān)鍵詞：HD Radio, MATLAB. Interleaver 一、背景 隨著數(shù)字技術(shù)的迅猛發(fā)展，模擬廣播技術(shù)向數(shù)字廣播技術(shù)轉(zhuǎn)換已成為必然趨勢(shì)。HD Radi。技術(shù)是用在AM和FM中的IBOC （帶內(nèi)同頻道）技術(shù)的發(fā)展與完善，尤其是

2、應(yīng)用在FM 波段的FU HD Radi。技術(shù)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)模擬與數(shù)字節(jié)目同播，可使模擬FU廣播平滑過渡 到數(shù)字廣播，設(shè)備改造投資少。 與傳統(tǒng)的模擬AM和FM廣播以及衛(wèi)星數(shù)字聲音廣播相比，HD Radio主要有以下幾個(gè) 優(yōu)點(diǎn)： （1）在FM頻段廣播可以達(dá)到接近CD音質(zhì)，在中波頻段廣播的音質(zhì)可以達(dá)到或接近 現(xiàn)有模擬FM立體聲音質(zhì)： （2）采用的數(shù)字傳輸技術(shù)，可以有效地消除多徑、多普勒頻移以及突發(fā)噪聲等其他 干擾對(duì)接收質(zhì)量的影響： （3）為更高級(jí)的數(shù)據(jù)和音頻業(yè)務(wù)的產(chǎn)生提供了可能，如環(huán)繞立體聲節(jié)目、音頻節(jié)目 點(diǎn)播、音頻節(jié)目的存儲(chǔ)/重放等： （4）在保持基礎(chǔ)設(shè)施和頻率劃分不變、盡量不干擾現(xiàn)有模擬

3、廣播的情況下，利用現(xiàn) 有模擬廣播頻道之間的空閑頻率資源進(jìn)行數(shù)字音頻廣播，廣播提供商和用戶都可以平滑地 過渡到數(shù)字廣播。 對(duì)丁?我國(guó)來說，HD Radi。系統(tǒng)非常適合我國(guó)的國(guó)情需要，在我國(guó)有著廣闊的應(yīng)用前景。 主要可從以下幾個(gè)方面作一個(gè)簡(jiǎn)單的分析： 我國(guó)幅員廣闊，城市距離較遠(yuǎn)，而在FM波段，電波直線傳播，接收范圍有限，每個(gè) FM電臺(tái)基本僅能覆蓋本地范圍，距離靠近的電臺(tái)彼此之間的頻點(diǎn)距離相對(duì)較遠(yuǎn)，因而給 HD Radi。系統(tǒng)的可靠應(yīng)用提供了很好的條件，而J1大量的空置的頻點(diǎn)給實(shí)驗(yàn)測(cè)試提供了便 利的條件。 我國(guó)的頻譜資源緊張，管理部門很難批準(zhǔn)一個(gè)單獨(dú)的頻段給一個(gè)新興的、市 場(chǎng)尚不成熟的無線

4、應(yīng)用業(yè)務(wù)，這將給數(shù)字音頻廣播技術(shù)的實(shí)驗(yàn)、推廣和普及帶來很大 阻力，而HD Radio系統(tǒng)不用占有新的頻譜資源，在政策層面上為數(shù)字音頻廣播的推廣掃 清了障礙。 我國(guó)屬于發(fā)展中國(guó)家，國(guó)民的消費(fèi)能力有限，而HD Radi。系統(tǒng)相對(duì)低廉的接收機(jī)和 對(duì)相對(duì)較小的電臺(tái)改造成本為其發(fā)展注入了活力。 HD Radio系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)模擬廣播到數(shù)字廣播的平滑過渡的特點(diǎn)給電臺(tái)、給聽眾、給市 場(chǎng)包括給該技術(shù)本身以時(shí)間和機(jī)會(huì)去發(fā)展壯大成熟，使得該技術(shù)有著很頑強(qiáng)的生命力。 二.HD Radio系統(tǒng)介紹 HD Radio的工作頻率和當(dāng)前分配給FM電臺(tái)的頻率是一樣的。利用正交頻分復(fù)用(0FDU) 數(shù)字技術(shù)，HD Rad

5、io將新的數(shù)字信號(hào)放置于現(xiàn)有FM邊帶中的任一個(gè)之上。本文主要是對(duì) 混合模式下系統(tǒng)的物理層的幾個(gè)功能模塊的研究，如圖1。對(duì)其他幾個(gè)協(xié)議層暫不作具體 研究和討論。以下是對(duì)物理層各個(gè)模塊功能、原理的詳細(xì)介紹： 系統(tǒng)控制信息系統(tǒng)控制模塊0FDM0FDM隨機(jī)二進(jìn)制序列 P1加擾模塊PIDS信道編碼模PIDSs塊PlsPlgPMIP交織模PIDSg塊圖1. HD Radio系 統(tǒng)混合模式物理層各模塊流程圖 1.加擾模塊 加擾也稱為能量擴(kuò)散處理(scramble or energy dispersion),目的是將各邏輯信道 數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)化處理，使信號(hào)頻譜彌散 HD Radio系統(tǒng)加擾器如圖2中所示

6、，傳輸幀數(shù)據(jù) 向量的各個(gè)輸入比特與相應(yīng)的隨機(jī)序列進(jìn)行模2加運(yùn)算后，所得到的即是加擾傳輸幀 (scrambled transfer frame)。模塊中共有d1個(gè)完全相同的并行加擾器，分別對(duì)應(yīng)十 一個(gè)邏輯信道，系統(tǒng)根據(jù)不同的業(yè)務(wù)模式對(duì)邏 PM子載波映射模塊X信號(hào)生成模塊y(t)輯信道的配置情況，相應(yīng)地選擇其中幾個(gè)加 擾器?；具^程是基于加擾器的11個(gè)狀態(tài)位和layer2的傳輸幀進(jìn)行的兩次異或運(yùn)算，同 時(shí)進(jìn)行加擾器本身狀態(tài)位的移位操作。這11個(gè)并行加擾器的初值分別賦為 "01111111111",各個(gè)邏輯信道的數(shù)在經(jīng)過加擾之后，依然保持原來的形式，矩陣的行 列數(shù)都沒有發(fā)生改變，輸出是和輸入形式相

7、同的矩陣。 Layer2傳輸幀加擾傳輸幀(去信道編碼)2.信道編碼模塊 因?yàn)榇嬖谛诺罁p失，采用信道編碼來增加數(shù)字信號(hào)的冗余度，從而提高可靠性。編碼 的糾錯(cuò)性能與編碼率成反比。編碼器的具體參數(shù)由業(yè)務(wù)模式?jīng)Q定。其中，主要的碼率有四 種，分別為1/3、2/5、1/2、2/7,每種碼率都有對(duì)應(yīng)的刪除矩陣,經(jīng)過加擾的碼流進(jìn)入信 道編碼模塊，經(jīng)過Tailbiting卷積編碼后再經(jīng)過刪除矩陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同碼率的要求。 3.交織模塊 輸入的數(shù)據(jù)：交織模塊的輸入數(shù)據(jù)就是之前信道編碼模塊輸出的各個(gè)邏輯信道的矩陣。 經(jīng)過交織計(jì)算出映射位置后，在把輸入值一一賦給對(duì)應(yīng)位置的輸出值。 輸出的數(shù)據(jù)：交織模塊的輸出是

8、比較特殊的，具體說來，針對(duì)主業(yè)務(wù)模式，它有三種 輸出：PM、PX1、PX2。這三種輸出矩陣的行列計(jì)算方式也有所差異，根據(jù)如下公式進(jìn)行初 始化： 若是經(jīng)過交織器I、II、IH,則輸出PM： PM = zeros (B*32, J*C)--交織器 I、II、III (1)若是經(jīng)過交織器 IV,則輸出PX1或者PX2： PX1/PX2 = zeros(B*32*b/N, J*C)- —交織器 IV (2)在 MP1 業(yè)務(wù)模式 下，PM IP的輸出矩陣中就包含1個(gè)P1和16個(gè)PIDS邏輯信道的數(shù)據(jù)。這就意味著在本次 交織的程序中，需要將PIDS邏輯信道的數(shù)據(jù)完成16倍的擴(kuò)展后進(jìn)行輸出。 4

9、 .系統(tǒng)控制處理模塊 在上層的引導(dǎo)下，系統(tǒng)的控制處理模塊聚集處理并進(jìn)行差分編碼使字符串(系統(tǒng)控制 數(shù)據(jù)序列)去往不同的參考子載波。系統(tǒng)控制處理通過系統(tǒng)控制信道(SCCH)從配置管理 接收輸入。利用系統(tǒng)的控制輸入,系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)序列進(jìn)行系 圖2. HD Radio系統(tǒng)物理層加擾模塊原理圖 統(tǒng)控制匯編送去61個(gè)參考副載波。這個(gè)32行、61列的矩陣r是系統(tǒng)的控制數(shù)據(jù)序列。 然后差分編碼器對(duì)每個(gè)比特序列及時(shí)地完成差分編碼。 5 . OFDM模塊 正交頻分復(fù)用(OFDM)是一種多載波調(diào)制方法，即傳送的信號(hào)不是對(duì)單一的教波進(jìn)行調(diào) 制，而是對(duì)頻譜彼此相毗鄰且成正交關(guān)系的一系列教波進(jìn)行調(diào)制。其基本原理

10、就是將高速 數(shù)據(jù)流通過串/并變換，變換為傳輸速率相對(duì)較低的并行數(shù)據(jù)，然后將這些并行數(shù)據(jù)分配 到大量彼此正交的子載波上進(jìn)行傳輸。這樣，每個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)持續(xù)時(shí)間相對(duì)增加，因 此可以減輕由于無線信道的多徑時(shí)延擴(kuò)展所產(chǎn)生的時(shí)間彌散性對(duì)系統(tǒng)的影響。 三.Mat lab仿真 本章將對(duì)HD Radi。系統(tǒng)混合模式加擾模塊、信道編碼模塊、交織模塊進(jìn)行Matlab仿 真。 仿真的輸入數(shù)據(jù)是以標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)給出的隨機(jī)二進(jìn)制序列，在matlab中就是一個(gè)一行N 列的矩陣。MP1模式下P1信道輸入數(shù)據(jù)是1行146176列的矩陣，PIDS信道是1行80列 的矩陣。 經(jīng)過前面對(duì)于整個(gè)FM HD Radi。系統(tǒng)的原理

11、分析和仿真，我們得出了 MP1模式下FM HD Radio系統(tǒng)的頻譜圖： 圖3,不加成型濾波和循環(huán)前綴的頻譜圖 圖4.加成型濾波和循環(huán)前綴的頻譜圖 把最后輸出的頻譜圖和標(biāo)準(zhǔn)中的頻譜圖做比較，在不加成型濾波和循環(huán)前綴的情況下, 輸出的頻譜圖和標(biāo)準(zhǔn)中的一致，數(shù)字邊帶的實(shí)現(xiàn)理想。在加上成型濾波和循環(huán)前綴之后， 得到的是接近實(shí)際情況的頻譜圖。 五.結(jié)論 本文對(duì)HD Radi。系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，針對(duì)其物理層的各個(gè)模塊進(jìn)行了分析研究。最后 完成了其交織模塊的Mat lab仿真，并得到了與實(shí)際情況相近的頻譜圖。 我國(guó)是世界上FM調(diào)頻廣播應(yīng)用最廣泛，擁有最多聽眾的國(guó)家，如此巨大的聽眾資源, 有必要制

12、定具有中國(guó)特色的數(shù)字廣播標(biāo)準(zhǔn)，掌握核心技術(shù)，打破技術(shù)壟斷。真誠(chéng)期待我國(guó) 能有擁有自主產(chǎn)權(quán)的數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，使人們能早日享受數(shù)字化廣播帶來的高 品質(zhì)服務(wù)。 參考文獻(xiàn) ［1］程佩青.數(shù)字信號(hào)處理教程.北京：清華大學(xué)出版社，2021. ［2］徐亞沖談數(shù) 字音頻廣播的優(yōu)勢(shì)仃］-科技信息(科技教育版)2021(10) ［3］談黎紅 我國(guó)數(shù)字音頻廣 播和數(shù)字多媒體廣播的發(fā)展仃］-廣播與電視技術(shù)2021, 33(10) ［4］陳功林全球主流數(shù)字廣播技術(shù)分析［J］廣播與電視技術(shù)，2021 (1) ［5］董禮 IB0C數(shù)字無線廣播系統(tǒng)特性和播出業(yè)務(wù)M-第四屆京、津、滬、渝及全國(guó)城市有線電視 技

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