第六章、 數位音響廣播與數位影像廣播地面廣播系統整合之架構設計
6.3 DAB 與 DVB-T 系統訊號同步部份整合之介紹
本計畫第一年執行的內容為系統訊號同步部份之整合，在這一節裡將介紹此 部份。整合系統之第一步工作為判斷所要採用之系統，如 DAB 系統或 DVB-T 系統，以及採用系統之何種模式，如 DAB 系統之模式一到模式四或 DVB-T 系統 之 8K 模式及 2K 模式。在決定採用之系統與模式，才可根據系統之類別，由軟 體控制所需之硬體與操作方式。系統之選擇可由人工方式或軟體控制決定，圖 6-2 為系統模式之分類。
Front
End A/D
Guard Interval Removal Symbol Timing &
Fractional Frequency Offset
Detection
FFT
Inner De-interleaving
Inner Decoding (Viterbi Decoding)
Outer De-interleaving
Outer Decoding (R-S Decoding)
Demultiplexing and Source Decoding Frame
Synchronization by Using Null Symbol
DVB-T
DAB DAB
DVB-T
Mode Detector
One-Tap Equalizer Frame
Synchronization Integral Frequency
Offset Detection
Integral Frequency Offset Detection
Channel Estimation DVB-T
DAB
Symbol-by-Symbol Differential
Detection
Data Detection
圖 6-1 DAB 與 DVB-T 系統整合之接收機架構圖
Total modes
DAB mode 1
DAB mode 2
DAB mode 3
DAB
mode 4 DVB-T
8k mode
2k mode
圖 6-2
DAB與
DVB-T系統所有模式示意圖
由這兩種系統架構運作(圖 6-1)可知，其皆需要先經過類比轉數位之處理，
因此這兩種系統使用一組類比轉數位電路即可。之後
DAB須先做碼框同步之工
作，因此若是
DAB系統，則切換到碼框同步處理之電路；而
DVB-T系統則是
要在整數頻率偏移偵測後才可以作碼框同步處理。因此如果是 DVB-T 系統，在 此級會直接通過(By Pass)。在 DAB 系統之路線，碼框同步是偵測 DAB 訊號中 每個碼框的第一個符元，即空符元(Null Symbol)的位置來達成。由於空符元之 長度與其它符元之長度不同，因此 DAB 系統必須在一開始就進行空符元位置之 偵測。之後由於這兩種系統皆需要做符元同步及小數頻率偏移偵測(Symbol Timing and Fractional Frequency Offset Detection)之工作，因此這部分可予以整 合，其細部之參數調整將可由軟體控制，達到不同系統之計算處理。符元同步的 資訊將可以幫助資料訊號在下一級移除護衛間隔(guard interval)取出真正的符元 資料，接著進入快速傅立葉轉換級進行快速傅立葉轉換運算。在此級，訊號是由 時域轉到頻域。由於不同系統或者是相同系統不同模式下，快速傅立葉轉換之運 算長度皆不同，因此在此級需要由軟體控制其不同點數之運算，調整所要處理的 點數。在經過硬體架構及速度之分析，此級之快速傅立葉轉換可使用以記憶體為 基底之單處理器架構，如圖 6-3 所示。不同點數之運算可由控制讀寫記憶體之位 置來達成，以此架構為核心將可適用於 DAB 及 DVB-T 系統之所有模式操作 [13]。經過快速傅立葉轉換之訊號將會送入下一級。
Radix-r butterfly PE
MEM BANK 0 MEM BANK 1 MEM BANK 2
MEM BANK N ADDRESS
GENERATOR
MEMORY-BASED
圖 6-3 單一處理器架構示意圖
DAB 與 DVB-T 系統皆需要做整數頻率偏移偵測之工作，但二者所使用的方 式不同。DAB 系統是利用匹配相位參考符元(Phase Reference Symbol)來達成整 數頻率偏移之計算﹔而 DVB-T 系統則是利用匹配連續領航次載波(Continual Pilot Carriers)的分佈位置來計算出整數頻率偏移之量值。因此雖然其目的相同，
但因為所使用之方法不同，因此在此階段將依系統不同切換成 DAB 或 DVB-T
系統之處理方式，切換將由軟體控制，其細部分析之方法如前面幾章節所介紹。
接著，DVB-T 系統需要做碼框同步之工作，其利用傳輸參數訊號(Transmission Parameter Signaling，TPS)次載波來調整碼框同步。由於每個符元中的 TPS 次載 波會攜帶一個 TPS 位元且在同一符元內之所有 TPS 次載波所攜帶的 TPS 位元皆 相同，所以每個碼框中的 TPS 區塊將包含 67 個 TPS 位元。TPS 區塊中的前 16 個位元為同步位元，由匹配這 16 個同步位元即可以判斷出碼框的起始位置而達 到碼框同步之目的。
DAB 系統因為已於前級完成碼框同步，因此在這階段 DAB 訊號只需要做整 數頻率偏移偵測之工作。其整數頻率偏移偵測是利用收到訊號之第二個符元，即 相位參考符元之資訊來達成。將接收到之相位參考符元訊號與數個可能整數頻率 偏移之已知相位參考符元訊號作匹配，可由運算分析出數個匹配值，比較這些匹 配值，其最大值所代表之整數頻率偏移量值即為所估測之整數頻率偏移量值。因 此，藉由此方式可估測出整數頻率偏移量值。經過小數及整數頻率偏移偵測之 後，即可利用計算出的頻率偏移量值更正原資料訊號之頻率，由此可去除頻率偏 移的問題。因此，了解符元之特性顯得相當重要。
Analog Front End A/D
DAB Frame Synchronization by Using Null Symbol
DAB and DVB-T Symbol Timing &
Fractional Frequency Offset Detection AFC
Remove Guard Interval
FFT
DAB Integral Frequency Offset
Detection
DVB-T Integral Frequency Offset Detection DVB-T Frame Synchronization
DVB-T Channel Estimation
Outer Receiver
DAB
DVB-T
DVB-T DAB
Inner Receiver
圖 6-4 DAB 與 DVB-T 系統訊號同步部分整合之架構圖
圖 6-4 為更詳細之二系統訊號同步部分整合之架構圖，由此圖可以更清楚了 解訊號的傳輸過程。首先，訊號經由前端接收後，皆必須先做類比數位轉換。轉 換好之資料第一步要先判別訊號所使用之模式，了解模式之後，才可知道其正確 之資料格式，也才能夠有正確的方法處理訊號。DAB 系統分為四種模式而 DVB-T 系統分為兩種模式，這些模式如前幾章節所介紹。在判斷出所使用系統之模式，
即可進行之後的同步工作。DAB 系統先要利用空符元之資料作碼框同步，因此 若是 DAB 系統則會切換到碼框同步電路，進行初步之碼框同步。由此過程可找 出 DAB 碼框訊號的第二個符元，即是相位參考符元的起始位置。此符元將可提 供 DAB 系統做差分解調之相位參考依據以及用來估計整數頻率偏移的量值。
DVB-T 系統之碼框結構不包含空符元，因此若是使用 DVB-T 系統將直接進入符 元同步及小數頻率偏移偵測區塊進行運算。此部份為 DAB 及 DVB-T 系統共通
部份，其皆利用護衛間隔來做符元同步及小數頻率偏移之偵測與計算。因此 DAB 系統做完空符元偵測後，一樣會進到此級作運算。
完成符元同步及小數頻率偏移偵測與計算後，小數頻率偏移量值會提供自動 頻率控制器(Automatic Frequency Controller，AFC)作頻率之調整。由於完整之頻 率調整包括整數及小數頻率偏移調整，因此一開始只針對小數部份作調整，整數 部份則需經過快速傅立葉轉換後取出符元之內容，才可以估計出此整數量值。
AFC 搜集到頻率偏移值後，將根據這些資訊調整資料訊號的頻率，調整後的資 料訊號將進入護衛間隔移除器中，利用符元同步的資訊取出真正的符元資料。由 於不同系統及不同模式其護衛間隔的長度不同，因此此部份需由軟體控制，以決 定取出符元資料的起始位置與符元資料之長度。
在取出符元資料後將可進行快速傅立葉轉換，將時域訊號轉到頻域訊號。由 於不同系統模式所採用之快速傅立葉轉換長度不同，因此這部份仍需要由軟體控 制，依照模式決定快速傅立葉轉換的長度。本架構採用以記憶體為基底之快速傅 立葉轉換架構，其可以根據模式的不同改變快速傅立葉轉換的長度，因此可以適 用於所有 DAB 與 DVB-T 系統之快速傅立葉轉換的計算。此架構需要控制之主 要部份在於讀取寫入資料所在之位置，也就是由位址產生器負責決定資料讀寫的 位置。此部份可由硬體完成，也可使用軟體以查表方式(Look-Up Table)決定資料 位置。因為可用軟體方式，因此使用上相當具有彈性，相當適合系統整合的應用。
在硬體時脈速度足夠之情況下，使用此架構將足夠完成計算，並且有節省功率之 優點。
經過快速傅立葉轉換運算後，DAB 與 DVB-T 系統皆需要做整數頻率偏移偵 測之工作，因此運算好之頻域訊號接著即開始進行整數頻率偏移計算。因為 DAB 與 DVB-T 系統在整數頻率偏移偵測之方法不同，所以不能合併，要獨立設計電 路。在此會根據系統的不同切換到不同電路，因此分為 DAB 與 DVB-T 兩條路 線。DAB 系統是利用匹配相位參考符元來做整數頻率偏移之偵測，計算出之整 數頻率偏移量值將會送到 AFC 做資料訊號頻率的調整。在 AFC 中，電路會綜合 整數與小數頻率偏移量值，依照偏移量值來調整接收訊號之頻率。因此調整過之 接收訊號將可消除頻率偏移之效應，而有更準確之接收訊號。DVB-T 系統之整 數頻率偏移偵測目的與 DAB 系統相似，皆提供 AFC 以修正頻率之偏移。DVB-T 系統之整數頻率偏移偵測是利用匹配連續領航次載波位置來計算出整數頻率偏 移量值，因為與 DAB 碼框結構不同，因此獨立設計。計算出之整數頻率偏移量 一樣送到 AFC 作頻率的調整用。
DAB 系統在完成整數頻率偏移偵測後，即完成訊號同步的程序。因此在完 成訊號同步之後，接下來的訊號即可送到外層接收機(Outer Receiver)進行解調，
以決定資料數值。DVB-T 系統在完成整數頻率偏移偵測後，接著會進行碼框同 步之工作，此系統是利用傳輸參數訊號次載波所攜帶之 TPS 位元區塊之資訊來 做碼框同步。利用匹配 TPS 位元區塊中的 16 個同步位元即可判斷出碼框(Frame) 的起始位置，達到碼框同步之目地。