一種多功能DAB接收終端設計

重慶郵電大學光電學院 王國裕 陳永飛 張紅升

1.引言

DAB是繼調幅AM和調頻FM之后的第三代無線廣播技術[1]。目前，國內DAB接收終端市場已經出現多款DAB接收終端，這些接收終端主要接收和播放音頻廣播節目，功能較單一，應用較簡單[2]。本文從接收終端的功能多樣性出發，設計了一款多功能DAB接收終端。該接收終端在設計時，根據歐洲電信標準協會（ETSI）提出的ETSI EN 300 401標準協議的特點，拓展和擴充了部分協議內容，修改了部分DAB傳輸幀的數據結構。新拓展的數據傳輸協議使發射端和接收終端建立了一條自定義數據和指令的傳輸通道。

本文以這條獨有的通道作為基礎，對DAB接收終端的功能進行了多種擴展。它除了音頻播放功能，還可以進行圖片、文字信息接收和顯示，新增了遠程控制，終端識別，信息屏蔽，發射源識別等功能。下面本文將從接收終端設計原理開始，具體闡述數據協議的拓展過程和多功能實現方式，然后根據DAB接收終端的系統設計特點，詳細介紹了接收終端的硬件設計和軟件程序設計過程。

2.多功能DAB接收終端設計原理

2.1 DAB數據傳輸協議拓展

標準ETSI EN 300 401協議定義一個FIB（快速信息塊）有256比特[3]。它是由一個FIB數據字段和一

個CRC組成，而一個FIB數據字段中包含一個或多個快速信息組（FIGs），和一個結束符，以及填充位[4]。其中FIG包含了8種不同的應用類型，詳細情況如表1。

ETSI EN 300 401標準已經對FIG類型中的0，1，2，5作了定義和應用，保留3，4，6，7以便于以后擴展使用。本文正是根據這一特點，選用了FIG類型3。同時根據該協議，對FIG類型3按照表1所示進一步的擴展，最后擴充了FIG3_3、FIG3_4、FIG3_6、FIG3_7四個類型。

FIG在除去引導信息和CRC校驗信息后，實際每個FIG可用的數據區域大小為200Bits。我們對這些可用區域進行自定義，其結構如下圖1所示。

2.2 終端多功能設計

2.2.1 終端身份識別

本文提出的終端識別是一種接收終端的主動識別。在這種主動識別機制里面，每個接收終端會得到一個9位二進制ID號，這個ID號即是身份識別碼。FIG3_6和FIG3_7每個信息組可容納200bit數據，因此我們定義數據區域里面每一個Bit代表一個終端，總共400個ID號碼。在發射端添加指定接收終端的ID號后（將對應的Bit置1或置0），ID信息會和其他一些數據信息一起，被合成到FIC中的FIG類型3的數據字段中，接收終端收到廣播信息后，對FIC中的FIG類型3進行解碼，獲得ID信息。如果接收終端獲得ID信息里面包含自身ID，則匹配成功；反之，則匹配失敗。

2.2.2 信息篩選和屏蔽

DAB信道擁有1.536M的數據帶寬，一個頻點里面可同時包含一套視頻節目，多套音頻節目和數據節目。當接收終端ID匹配成功后，接收終端將FIG3中包含的指令信息，選擇相應的節目信息進行播放，同時屏蔽其他無關節目信息。

2.2.3 發射源識別

接收終端在進行終端識別時，同時會按照圖1所示數據結構，判斷FIG3中數據結構是否符合定義，引導頭信息是否正確，ID信息是否合法，CRC校驗是否通過等。由于這個結構是經過我們自己拓展和重新定義的，故具有唯一性。如果這些信息準確無誤，接收終端判定當前信息發射正確；反之，接收終端判定信息發射源錯誤，取消接收當前發射源的信息。

2.2.4 發射臺遠程控接收制終端

當終端身份匹配成功后，發射臺和接收終端之間便建立起一條可靠的信息傳輸通道。通過這條通道，發射端可以準確及時的將指令信息傳輸到接收終端。接收終端根據各條指令的意義執行相應功能，比如關機，時間同步，信息播放或關閉等，實現了終端的無人值守，發射端的遠程控制。

2.2.5 圖片顯示

當終端身份匹配成功后，接收終端將對FIG3中的指令信息進行解碼。如果接收到圖片顯示指令，接收終端將對圖片信息通道進行解碼，解碼完成后，圖片數據將被傳輸到VGA驅動模塊。接收終端通過VGA驅動模塊，驅動LCD進行圖片顯示。

2.2.6 文字顯示

當終端身份匹配成功后，接收終端將對接收到的指令信息進行判斷。如果接受到文字顯示命令，接收終端將會對FIC信息中的文字信息區域進行解碼，解碼完成后，文字信息數據被傳輸到LED控制驅動模塊。接收終端通過LED驅動模塊，驅動LED單元板進行文字顯示。

3.接收終端硬件設計

3.1 接收終端硬件結構

本文設計的多媒體廣播接收終端主要核心硬件由以下幾部分組成：RF接收模塊，A/D模數轉換模塊，基帶解碼模塊，MCU控制模塊，音頻D/A解碼模塊，LED顯示驅動模塊，VGA驅動模塊。其結構流程圖如圖2所示。

由圖2可知，RF模塊主要負責將輸入的載波信號進行解調，通過中頻濾波和頻率變換，得到中心頻率為2.048 MHz的基帶信號。這個信號經過ADC轉換，成為一個8位的數字信號，傳給基帶進行信道解碼和信源解碼。最后，基帶芯片將解碼后的數據傳給MCU，MCU根據數據內容中的指令信息，執行對應的功能。

3.2 接收終端接口

本文設計的廣播接收終端同時集成了音頻輸出、圖片顯示、文字顯示等接口。用戶可根據實際情況選擇使用需要的接口，減少了終端的安裝和更換頻率。圖3即是本文設計的多功能接收終端的接口使用示意圖。

4.接收終端嵌入式程序設計

本文設計的接收終端是無人值守的，因此終端程序的設計需要考慮沒有人機交互時，接收終端能夠自動實現預定的功能。這使得程序設計的難度增加了，同時對于整個程序設計的邏輯性和健壯性都提出更高的要求。

本文設計的整個程序執行步驟主要分為三個階段：

第一個階段，接收終端系統初始化。當接收終端上電開機后，MCU將檢測與各硬件模塊通信是否正常，并分別對其進行初始化設置。

第二個階段，DAB信號解碼及身份識別?；鶐酒涍^初始化設置后開始解碼ADC模塊傳輸的數字信號。根據DAB傳輸幀結構的特點，基帶芯片首先將進行信號同步，同步完成后進行FIC解碼。接收終端根據前面所提到的協調機制對當前的FIC信息進行發射源識別。當發射源身份確認之后，接收終端將根據本文制定的收發射協調機制對FIC中的FIG類型3進行解碼。擴展后的FIG結構如圖1所示。

表1 FIG類型表[5]

圖1 擴展后的FIG結構圖

圖2 接收終端結構圖[6]

圖3 多功能接口示意圖

(1)FIG類型解碼。FIG的數據包的首字節即為FIG header，根據上圖FIB數據結構定義可知，FIG類型信共占3bits，分別是b7b6b5，而本文需要的是FIG類型3，即b7b6b5=011，然后根據b4b3b2b1b0這5bits即可獲得FIG數據的長度信息。

(2)ID相關信息解碼。本文制定的收發射協調機制中定義ID Header為FIG Data Field的前兩個bytes。第一個字節結構構成：首字節的最高3bits：b7b6b5表示ID數量的分組情況，由于每個FIG的傳輸數據量有限，因此一個FIG可能無法全部將信息傳輸完畢，這時需要多個FIG進行傳輸。為了以后的擴展應用，收發射協調機制中定義低5bits b4b3b2b1b0表示FIG Data Field的擴展類型。第二個字節為ID信息長度，提示后面ID信息區域的大小。從第3個bytes開始即為ID相關信息。

FIG3解碼后將得到終端ID和一些特殊功能的指令信息。接收終端將根據這些信息進行終端ID匹配，若ID匹配不成功則接收終端將自動屏蔽接收的信息，終端進入休眠或待機狀態。

第三個階段，功能執行。當接收終端身份識別完成后，發射端即取得對接收終端的控制。發射端可以發送一些特殊的指令讓接收終端實現預定的功能，還可以任意更換接收終端所播放的節目列表，頻道選擇，或者任意更換節目內容，包括音頻信息，圖片信息，文字信息。這些信息可以通過DAC音頻輸出聲音，LED屏顯示文字，LCD顯示圖片。

5.測試

本文中使用了10個終端進行測試。這10個終端分別標號1-10，作為它們的身份識別碼。

5.1 ID識別測試

首先，發射端控制軟件添加第1-5號接收終端ID，第1-5號接收終端成功獲取廣播信息，第6-10號接收終端未能獲取廣播信息。

其次，發射端軟件添加第1-10號接收終端ID，第1-10號接收終端全部獲取了廣播信息。

5.2 信息屏蔽測試

測試中，發射源向外廣播了5套音頻節目，2套數據節目。同時，選擇1號接收終端播放第1套音頻節目，以此類推，5號接收終端播放第5套音頻節目。然后，讓6-8號接收終端接收第1套數據節目，9-10號接收終端接收第2套數據節目。測得結果，所有接收終端均按照上述設置正確播放節目。

5.3 發射源識別測試

測試時，第一次采用嚴格按照本文設計的數據結構的發射編碼軟件，所有接收終端正確識別了發射源；第二次采用普通編碼的發射編碼軟件，所有接收終端未響應，發射源未被識別。

5.4 遠程控制測試

測試時，發射端軟件依次發出了信息播放/關閉、音量大小調節、時間同步、關機等命令，所有接收終端同時依次響應，并完成功能執行。

6.結論

本文提出了一種采用DAB技術的多功能數字廣播接收終端設計方案，并已經形成樣機。經過實踐測試，成功實現了遠程控制、多接口集成、終端識別、信息屏蔽、信息發射源識別等功能。隨著廣播客戶群體對多功能接收終端的需求不斷增加，多功能接收終端的市場前景將越來越廣闊。

[1]Hongsheng Zhang,Guoyu Wang,Mingying Lu,Y ongfei Chen,Zidong Li.“A DAB Data Forwarding System Based on Bluetooth Technology”[J].International Conference on Fuzzy Systems and Knowledge Discovery(FSKD 2012).2012.9.

[2]Hongsheng Zhang,Guoyu Wang,Mingying Lu.“A High Performance and Low Power Consumption USB DMB Receiver”[C].Computer Science and Service System(CSSS),2011 International Conference on.2011,Page(s):1931-1934.

[3]B.R.Vinod and S.Srikanth.A Null Symbol Detection Algorithm for DAB Receivers.IEEE-ICSCN 2007,MIT Campus,Anna University,Chennai,India.Feb.22-24,2007.pp.312-315.

[4]ETSI EN 300 401 v1.3.3,Radio Broadcasting Systems,Digital Audio Broadcasting(DAB)to mobile,portable and fi xed receivers[S].2001.

[5]王國裕,嚴錚,張紅升.基于StarRFT500的DMB數字廣播接收機的設計[J].數字通信,2009,36(1):69-71.