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如何准备一台DRM接收机

作者:冯锡增 日期:2005-09-17 人气:1674 来源:广播爱好者论坛 添加:5BCL.com 
引言 

  从某个意义上说,声音广播是无线电最早的应用之一,也是推动无线电普及的最重要的手段。
然而,在整个电子和信息行业里,它又是数字化步子最慢的一部分。 

  在模拟阶段,人们把声音广播分为调幅(AM)广播和调频(FM)广播两类。数字音频广播的类别
比较多,有地面中短波的,有米波段以上的,也有卫星直播的,而且每种类别又有不同的制式。
在地面广播方面,欧洲提出的DAB已经比较成熟,随着接收机价格的下降,最终代替调频广播大
概不成问题。与调频广播相比,中短波调幅广播每个电台占用的频带要比调频广播窄得多,只有
9kHz或者10kHz,实现数字化的难度更大一些,所以中短波广播数字化的方案出现比较晚。但现
在终于露出了曙光。 

  DRM(Digital Radio Mondiale)是1998年在广州成立的中短波数字广播组织,经过几年的努力,
基本把中短波(30MHz以下)数字音频广播的标准统一了。从2003年开始,世界上多个国家开始了
DRM试播,我国也进行过多次试验。笔者听过在广东试播的DRM广播,效果很好。 

  DAB和中波DRM广播,其信号传播距离有限;但短波DRM广播就不同,其信号可以通过电离
层传到很远的地方。国家广电总局开展的DRM试验,就是从海南发射信号、北京接收的。目前已
经有多个国家开展了短波DRM广播,这为广大无线电爱好者接收创造了条件。 

  可是,目前还没有商品化的民用DRM接收机。在欧洲,尽管专业DRM接收机已有少量供货,
但大家用的多是“软件”接收机。原因是COFDM解调和AAC解码都需要专用芯片,这需要时间
进行开发;而如果用DSP芯片来实现,又可能达不到民用的低价格的要求。为了推进DRM广播,
让更多的人接收它,软件接收机不失是个好办法,国外已经有杂志和网站刊载了不少文章,介绍
利用计算机软件自行接收DRM广播的经验。本文探讨如何用软件接收DRM广播。 

DRM接收机包括三部分功能,如图1。 


  自从有了软件无线电的概念,很多本来由硬件实现的功能就可以用软件实现了,这就是自己
动手装数字音频广播接收机的基础。 

DRM接收的DIY 

自己动手装的DRM接收系统包括三部分,如图2所示。

 

前端。它可以用一台现有接收机改装而成,其输出的中频信号是12kHz。为什么不能直接使用普
通收音机的中频465kHz?因为目前还没有现成的解调和解码集成电路,所以解码用的硬件是PC
机及其声卡。声卡一方面作为接收信号的A/D变换器,另一方面使数字信号由PC机(用软件)进行
解码。由于声卡的A/D速率比较低,送入声卡的信号频率不能太高,最好是12kHz,所以要求前
端的输出是12kHz。 

PC机。它作为解调和解码的硬件,要求是:速度要快,内存要大,而且要有声卡。今天,大部分
家用PC机都是奔腾4,内存也在128MHz以上,用于接收DRM广播毫无问题。至于声卡,最好是用
软件开发者推荐的产品型号,例如Creative SB PCI(WDM)+Win2000 SP3。 

DRM接收软件。 

关于前端 

前端的方案有多种。第一种是最理想的,为内置DSP的中短波接收机。例如美国田纳西州Ten-
Tech公司生产的RX-320,就是一种采用DSP控制和数字信号处理的中短波接收机。它的中频带宽
可以设置,不仅有窄带的,而且可以设为15kHz;并有12kHz的第三中频输出,供它自己的DSP对
信号进行解调。RX-320不仅可以接收普通的中短波广播,而且可以接收上边带或下边带。用它接
收DRM广播时,只要把12kHz中频取出送入声卡的“线路”或“话筒”输入端,配上“DRM软件
接收机”就可以了。如图3所示。

  这种方法简单,效果好,又是全波段的;但接收机价格比较高(190美元),且国内不容易买到。 

第二种方案是自己装一台使用数字频率合成器的接收机。数字频率合成是高档接收机的主流,
它频率稳定性好,不容易出现频率漂移。DRM广播所用的OFDM调制对接收机频率稳定性要求比
较高,因此前端最好是数字频率合成的。 

第三种方法是用现成的接收机改装,并且要装一个简易变频器。具体做法是:把原有接收机
的455kHz或465kHz中频信号引出来,由变频器降频到12kHz中频,供声卡使用。 

  为了接收DRM广播,接收机本身还要稍作改造,因为普通中短波接收机的中频带宽不足(不
超过10kHz),而DRM信号的带宽达到12kHz。所以必须更换中频滤波器。具体做法是:在接收
机中频部分找出中频滤波器进行更换,同时通过一个隔离电容器用电缆把中频信号引出来。当
然,如果接收机的中频带宽达到12kHz,则中频滤波器不用更换。 

第四种方法是直接接收。在欧洲,试播短波DRM的电台比较多,有的DRM信号比较强,而
且频率和PC用的晶体振荡器频率相近,因而用简单的方式就能得到12kHz的DRM信号。如图5。

按照欧洲接收DRM的经验,在安装前端(改装收音机)时要注意:中频的带宽要足够宽;本地
振荡器的相位要稳定,因为DRM数字信号是QAM调制的,相位不稳定就会在解调过程中产生误
码;根据接收条件的不同,收音机的AGC可能要关掉。 

解码软件 

  目前公开的DRM接收软件有两个:一个是商业软件,即德国Fraunhofer集成电路研究所(IIS)的
“DRM Software Radio”(DRM软件接收机),有专业用的版本和普通版本(可以在网上订购)两种;
另一个是德国Darmstadt大学的Volker Fischer和Alexandre Kurpier开发的公开软件DREAM,它的源码
是公开和可以免费下载的,但由于里面使用了一些别人开发的现成软件,所以开发者只能提供用
C语言写的源代码(地址为http://sourceforge.net/project/drm/),它不是可执行的文件。 

  Fraunhofer IIS的“DRM软件收音机”是现成的可执行软件,从网上下载后,只要付费了,公
司就会告知执行的口令,软件就能运行。而使用开放源码的DREAM,就要做一点预备工作。据
介绍,Fraunhofer IIS的“DRM软件收音机”对中频的频率要求比较严格,只能是12kHz,而DREAM
容许中频的范围则比较宽(当然频率必须稳定)。因为DREAM是用C++语言写的,不仅Windows平
台(Windows98以上)可以用,而且Linux平台也可以使用。下面介绍如何在Windows平台上把源程序
编译为可执行的程序。注意:完整的材料,连同关于编译的建议和必需的附加程序库,都可以在
http://www.tu-darmstadt.de/fb/et/fguet/mitarbeit/vf/DRM/DRM.html和
在http://www.tu-darmstadt.de/fb/et/uet/drm.html上找到。 

  程序使用C++语言,在2001年开始提供;而2003年12月17日提供的1.06版本则使用了FAAD2库,
支持新的DRM标准。虽然程序在通用公众许可(GNU General Public Licence, GPL)之下可以免费地分发,
但并不等于说它对第三方的权限没有附加条件。要把源程序编译成可执行文件,需要微软公司的
Visual C++ V6.0服务包4(Service Pack 4)或服务包5(Service 5),还需要下列各项程序库:Trolltech QT2.x,
FFTW Qwt和FAAD2。Qwt(Qt Wdgets for Technical Application)是一个GUI程序库,
可以从http://qwt.sourceforge.net/下载,它包括图形绘制和控制元件;整个C++源程序码是与操作系统
无关的,以便DREAM能在Windows之下和在Linux操作系统之下运行。FFTW(Fastest Fourier Transform
in the West,西部最快速傅立叶变换)可以从http://www.fftw.org/下载;DREAM使用快速傅立叶变换对
DRM信号的个别载波进行振幅和相位分析;把这些载波获得的数据进行组合,形成完全的数据流,
包括音频和多媒体成分。FAAD2包括了对所接收数字数据进行解码的DRM特定算法。AAC(先进音
频编码)也被用于Fraunhofer IIS的“DRM软件收音机”。也实现MPEG-2和MPEG-4 AAC。版本2也实
现对HE(高效率)AAC码流的解码。 

  在通用公众许可下,FAAD2可以为私用和科学使用而安装,当然,用户要遵守任何对专利的限
制。这是DREAM.EXE的编译版本不能够无限制地分发的理由之一。随着DRM的进一步发展,FAAD2
是否仍被准许免费使用,还不确定。 

  按照Thorsten Godau的说明完成DREAM的编译,运行DREAM.EXE,就会得到相应的界面,如果
硬件也齐备,就可以接收DRM广播了。 

小结 

DRM是极有前途的全新广播方式,近来发展很快,但目前受到缺乏民用接收机的制约,所以采
用软件接收机是接收DRM广播的一个比较好的方法。随着我国陆续进行DRM试播,广大广播工作者
将会逐步积累和交流DRM接收的经验,从而促进DRM更快地发展。 
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