《DMB+：从芯片到系统》系统介绍数字多媒体广播扩展系统（DMB+）的核心技术与工程实现，构建从基带算法、核心芯片到整机方案与应用的完整技术链。内容涵盖系统架构、发射端与接收端工作原理、外编码与交织、调制解调、信源编解码等关键模块，并重点呈现发射端基带芯片、接收端解码芯片及低功耗优化设计。同时，《DMB+：从芯片到系统》给出发射机系统、接收机样机及多媒体信息传输系统的工程化实现，并结合学校、景区、核电站及应急通信等案例，展示DMB+在公共信息发布与应急保障中的应用价值。

目录
序章 信息时代的另一条生命线 1
0.1 广播系统和通信系统的演进与融合需求 1
0.2 广播系统和通信系统的技术差异与互补基础 2
0.3 公共信息发布技术分析 2
0.4 DMB+技术的提出 3
参考文献 4
第1章 DMB+简介 5
1.1 数字广播技术的发展概况 5
1.1.1 广播数字化的必然性 5
1.1.2 各种数字广播标准的比较 5
1.2 数字广播技术发展的困境和机遇 8
1.2.1 数字广播技术发展的困境 8
1.2.2 数字广播技术发展的机遇 8
1.3 DMB+系统架构与优势 11
1.3.1 DMB+系统架构 11
1.3.2 DMB+的优势 12
参考文献 12
第2章 DMB+发射端工作原理 14
2.1 发射端系统构成 14
2.1.1 外编码器 16
2.1.2 能量加扰 18
2.1.3 卷积编码 18
2.1.4 时间交织 19
2.1.5 主业务复用 21
2.1.6 快速信息通道 22
2.1.7 同步符号 23
2.1.8 传输帧复用 24
2.1.9 符号划分 25
2.1.10 频率交织 25
2.1.11 DQPSK调制 25
2.1.12 OFDM调制 27
2.1.13 I/Q调制 29
2.1.14 DMB+发射 30
2.2 信源编码 31
2.2.1 MP2 32
2.2.2 HE AAC V2 32
参考文献 34
第3章 DMB+接收端工作原理 37
3.1 接收端基带处理流程 37
3.2 I/Q下变频 38
3.3 OFDM解调 40
3.3.1 FFT运算的基本参数 40
3.3.2 FFT的基本原理 41
3.3.3 基4的FFT算法 46
3.4 频率解交织 48
3.5 DQPSK解调 49
3.6 时间解交织 49
3.7 同步 50
3.7.1 粗同步 50
3.7.2 精确同步 51
3.8 人机交互功能 51
3.9 信道解码 52
3.10 接收机数据接口 52
参考文献 53
第4章 DMB+发射端基带芯片 54
4.1 SoC FPGA电路设计 54
4.1.1 FPGA芯片选型 54
4.1.2 SoC FPGA片上系统架构 56
4.1.3 HPS和FPGA的互连结构 56
4.1.4 SoC FPGA软硬件开发流程简介 57
4.1.5 SoC基带处理系统方案 58
4.2 发射机射频前端架构 61
4.2.1 直接变频发射架构 61
4.2.2 超外差式发射架构 63
4.3 数字多媒体广播传输模式及频谱标准 64
参考文献 65
第5章 DMB+发射机系统 66
5.1 发射机硬件系统设计 66
5.1.1 正交调制器模块设计 68
5.1.2 频率源模块设计 72
5.1.3 发射机系统PCB设计 76
5.2 嵌入式软件设计 78
5.2.1 系统镜像移植 78
5.2.2 应用程序设计 80
参考文献 83
第6章 DMB+接收端解码芯片 84
6.1 DMB+信道解码芯片 84
6.1.1 时钟管理模块 85
6.1.2 系统总控模块 86
6.1.3 IQP模块 87
6.1.4 FFT运算模块 89
6.1.5 DQPSK解调模块 93
6.1.6 Viterbi解码模块 95
6.1.7 同步模块 96
6.1.8 片外SRAM接口 96
6.1.9 MCU接口 97
6.1.10 自动增益控制模块 98
6.2 DMB+信源解码芯片 108
6.2.1 DMB+信源解码器的总体结构 108
6.2.2 MP2解码器设计 110
6.2.3 HE AAC V2解码器设计 111
6.2.4 MP3解码器设计 118
6.3 低功耗设计 125
6.3.1 DMB+信道解码器的低功耗设计 125
6.3.2 DMB+信源解码器的低功耗设计 130
参考文献 131
第7章 DMB+接收机 134
7.1 便携式DMB+接收机 134
7.1.1 总体方案 134
7.1.2 接收终端设计 135
7.2 USB DMB+电视棒 137
7.2.1 总体方案 137
7.2.2 接收终端设计 138
7.3 DMB+接收机样机 140
7.4 LED屏驱动 141
7.4.1 DMB+信号接收处理模块的设计 142
7.4.2 SRAM读写模块的设计 142
7.4.3 LED显示屏驱动模块设计 142
参考文献 143
第8章 DMB+外设模块 144
8.1 DMB+单频网 144
8.1.1 DMB+单频网基本理论 144
8.1.2 DMB+单频网关键技术 147
8.1.3 DMB+单频网同步条件 149
8.1.4 DMB+单频网传输帧馈送方案设计 151
8.1.5 DMB+单频网电路设计 156
8.2 Logic BIST电路 161
8.2.1 Logic BIST基本理论 161
8.2.2 Logic BIST架构设计 162
8.2.3 基于LFSR实现PRPG设计 163
8.2.4 响应分析模块设计 164
8.3 以太网接口电路 164
8.3.1 UDP协议 165
8.3.2 以太网数据收发电路设计 166
8.3.3 以太网外围电路设计 170
参考文献 171
第9章 DMB+多媒体信息传输系统 172
9.1 终端选择 172
9.1.1 DMB+接收终端简介 172
9.1.2 DMB+多媒体业务简介 173
9.1.3 终端硬件结构 173
9.2 应急信息传输 175
9.2.1 双向通信系统方案设计 175
9.2.2 双向通信专用信道设计 176
9.2.3 双向通信控制软件设计 177
9.3 文件推送 180
9.3.1 DMB+文件推送系统整体架构 180
9.3.2 DMB+文件推送系统关键模块设计 181
9.3.3 文件推送方法效率研究 182
9.4 DMB+音频实时编码传输 186
9.4.1 系统框架 186
9.4.2 实时性设计 187
参考文献 190
第10章 DMB+应用系统 192
10.1 学校应用 192
10.2 景区应用 193
10.3 核电站应用 194
10.3.1 DMB+发射台 195
10.3.2 DMB+音频终端 195
10.3.3 核电站DMB+广播系统的功能 196
10.4 应急应用 196
10.4.1 天气和灾害预报 197
10.4.2 紧急预警和应急处置 197
10.4.3 应急通信 197
10.4.4 应急管理专网 197
参考文献 198

序章信息时代的另一条生命线
　　在信息化浪潮的推动下，通信技术飞速发展，互联网与移动通信几乎无处不在，影响着人们日常生活的方方面面。然而，当灾害来临、网络瘫痪、信息急需快速传递时，我们才会意识到：*先进的通信系统并非万能。广播，这一看似“过时”的技术，却凭借其简单、稳定与覆盖范围广的特性，成为关键时刻*可靠的生命线。本书由此展开，探讨通信与广播的互补与融合，揭示DMB+技术在公共信息发布与应急通信中的*特价值。
　　0.1广播系统和通信系统的演进与融合需求
　　虽然通信系统给人们的生活带来了巨大便利，但并未有效解决信息堵塞、网络不稳定和系统复杂的问题，使得通信网络在很多场合不能应用或效果不好，如预警救灾、公共信息发布等。
　　“互联网+”的提出是为了改进传统工业生产和商务模式，但不意味着所有信息都通过网络传播，这可能会加剧信息堵塞。*佳策略应该是把适合其他平台的功能从通信系统中分离出来，以保证网络的畅通，降低其建设成本。
　　通信系统面临的这些问题是通信技术的本征特性所致，因而是不可避免的。广播技术的本征特性恰恰可以弥补通信系统的不足。广播系统结构简单、信息传播快、不发生信息堵塞，能够在通信网络不能胜任甚至瘫痪时发挥*特的作用。数字多媒体广播（digital multimedia broadcasting，DMB）是广播电台节目数字化的标准之一[1]。以DMB技术为载体，将广播系统从单电台业务模式发展为一个基于广播方式的多媒体信息传播平台，并形成与通信系统的互补，这就是DMB+新技术中“+”的含义。
　　DMB+可以有效缓解通信网络数据量越来越多的压力。在海量的信息当中，有相当一部分更适合用单工方式传播，如政务信息、民生信息、预警信息和应急信息等[2，3]。把这些信息分流给单工的DMB+，可以使得通信网络更顺畅，并节省能耗。单工模式能保证信号质量和信息安全，终端数无限制，能够保障公共信息发布的强制性、权威性和受众性，在多媒体教学、校园广播、智慧导游和智慧城市建设中均有明显优势。
　　另外，广播的单工特性是一个限制。通过在某一点同时集成发射和接收功能（这样的设备定义为DMB+基站），以其为节点，不仅可以实现双工通信，还可以实现DMB+组网。双工通信的实现使得DMB+突破了数字广播的单工限制，进而开拓更广泛的应用范围。
　　0.2广播系统和通信系统的技术差异与互补基础
　　广播系统与通信系统的技术原理可以概括为两点：广播系统的单向性和通信系统的双工性；广播系统的“一对全体”和通信系统的“一对部分”。
　　通信系统的双工性成就了手机和互联网的普及。相比之下，广播系统的单向性似乎是一个严重的缺点，因此，随着通信技术的发展，广播技术被逐渐冷落了。但广播技术也有自己的优点，“一对全体”是指一个发射台，在信号发射范围内，终端数没有限制。通信系统的终端数目由基站的容量（即“一对部分”）决定，超过这个限度便导致系统不能正常工作。
　　除了技术特征以外，传输稳定、可靠性高也是广播系统的优点。在满足接收门限的条件下，广播终端接收的音视频不卡、不断，而通信系统难免出现网络丢包和延迟的现象。通信系统的可靠性低是其明显短板，同时使用的人多或重大灾害发生时，通信网络往往先被损坏。广播系统的单向性在许多应用方面可以变为优点，如发布公共信息时不仅覆盖范围广、快捷，而且避免了垃圾信息、黑客入侵、网络安全等一系列问题。通信系统需要正视的问题还有时间精准性差、终端设备使用和管理复杂（死机、重启、病毒），以及建设成本高、流量费用高等。这些问题靠通信技术本身的改进是难以彻底解决的，也难以靠提高网速、采用新标准解决。采用广播技术恰恰可以弥补通信系统的不足。因此，通信技术的发展不应该削弱广播技术，而是应该取长补短，共同发展。
　　0.3公共信息发布技术分析
　　在信息化时代，公众普遍认为现有通信系统能够满足公共信息发布的需求。然而，在实际运行过程中，当通信系统面临用户数量激增、突发事件或重大自然灾害等极端情况时，其服务能力往往受到显著限制。例如，在2012年北京特大暴雨和2015年上海跨年夜踩踏事件中，由于预警信息和应急信息未能及时有效地发布，暴露出现有通信体系在公共信息应急传播方面的不足。类似情况在2021年7月郑州特大暴雨期间亦有所体现，当时城市通信基站大面积退服，导致大量市民难以及时获取应急信息。
　　因此，在公共信息传播体系建设中，需要重新审视“所有应用均依赖网络平台”的发展思路。更加合理的方式是根据不同业务需求进行分工，将适合通过网络平台完成的功能继续依托网络实现，而将不适合通过网络平台承担的公共信息发布任务进行*立设计和部署。正如交通系统中并非所有交通工具都适合在高速公路上运行一样，信息传播体系同样需要多种技术手段协同发展，以实现更高的可靠性与适应性。
　　目前，通过网站、短信、微信及微博等新媒体渠道发布公共信息虽然具有传播速度快、覆盖范围广等优势，但在实际应用中仍存在诸多局限。例如，在网站平台上，娱乐或非正式内容的关注度往往显著高于政务信息，导致公共信息传播效果有限。从技术角度看，短信、微信等方式在群发规模上受到一定限制，难以在短时间内向大规模用户同时发送信息。此外，信息在转发和评论过程中可能产生偏差甚至误导，从而削弱官方信息的权威性。同时，个人终端的信息来源复杂且难以甄别，其权威性难以保证，例如手机用户常会接收到伪装成“航空公司机票变更通知”的诈骗短信。这些问题表明，通过个人终端传播公共信息并不能确保所有受众都能够及时、准确地获取相关信息。
　　基于上述问题，现代社会亟需构建更加可靠的公共信息发布技术体系，以保障权威信息的有效传播。该体系应具备权威性、强制性和广泛受众覆盖的特征，并以公共终端设备为主要接收载体，而非依赖用户可自主控制的个人终端。同时，新型信息发布技术还应充分考虑基层单位的实际需求，具备部署简便、操作便捷以及建设成本低等特点，从而有效解决公共信息传播“*后一公里”的问题，实现信息发布的广泛覆盖和持续可达，确保在日常环境以及自然灾害或突发事件发生时，权威信息能够及时、准确地传递至公众。
　　0.4DMB+技术的提出
　　以上分析所指出的通信系统之不足，需要用互补的其他技术来解决。重庆邮电大学研究团队在数字广播技术上提出多个创新算法并形成了技术体系，开发了完整的发射和接收技术，研制了芯片、设备并开发了相关软件。团队提出以数字广播的方式实现多媒体信息的实时分发和定向传递，通过在广播发射台上增加接入机制和路由机制，实现发射台之间的双向通信和组网，以这样的方式与公共通信系统形成互补。这样的系统基于广播技术[4]，又具备定向传输、分区传输和一定的组网能力，有效拓展了传统广播技术的内涵，实际上是将广播作为一种新型的数据传输通路来利用，这种应用模式被称作DMB+。
　　2013年国际组织WorldDMB和重庆邮电大学联合举办了“DMB公共信息发布、预警和应急通讯技术国际研讨会”，重庆邮电大学研究团队提出数字广播公众化应用的概念，次年，团队在《科学通报》上发表了专题文章[5]，并分别在亚太广播联盟（Asia-Pacific Broadcasting Union，ABU）、联合国亚洲及太平洋经济社会委员会（简称“亚太经社会”，United Nations Economic and Social Commission for Asia and the Pacific，ESCAP）的国际研讨会上作了主题演讲。数字广播公众化应用的概念后来进一步被凝练为DMB+，于2015年获得江苏省科技重大专项（产业重大原创性技术创新方向）项目立项，进入了实际应用和产业发展阶段。
　　重庆邮电大学DMB+研究团队按照DMB+的应用模式，针对不同应用场景开发了应用方案，在学校、景区、园区、城镇、医院等场景进行了示范。应用效果表明，DMB+的主攻方向是正确的，作为技术是有竞争力的，在公共信息发布和公共安全应用等方面优势明显（覆盖人数越多越显示出其优势），有望作为通信网络的互补技术普及应用[6]。
　　本书阐述DMB+的理念，详细介绍DMB+系统的工作原理，发射端和接收端的芯片与系统设计，并报告DMB+信息传输系统及其在众多场景的应用方案和部分示范工程。这些应用显示DMB+有良好的应用需求，有望发展为一个新的产业。希望本书可以使读者从原理、芯片、装备、系统到应用的角度全方位地理解DMB+技术，并为从事DMB+系统开发的工程师和技术人员提供帮助。
　　参考文献
　　[1]ETS 300 401:Radio broadcasting systems; digital audio broadcasting （DAB）to mobile，portable and fixed receivers [S].
　　[2]梁云杰.“断路断电断网”等极端条件下应急通信保障对策[J].消防科学与技术，2021，40（3）:449-452.
　　[3]Kumbhar A，Koohifar F，Güven？ ？，et al.A survey on legacy and emerging technologies for public safety communications[J].IEEE Communications Surveys & Tutorials，2017，19（1）:97-124.
　　[4]国家广播电影电视总局.GY/T 214—2006 30MHz～3000MHz 地面数字音频广播系统技术规范[S].
　　[5]王国裕，张红升，陆明莹.我国数字广播的发展方向[J].科学通报，2014，59（23）:2320-2327.
　　[6]王国裕，张红升，卞璐，等.DMB+，新一代数据传播技术[J].重庆邮电大学学报（自然科学版），2017，29（5）:580-589.
　　第1章DMB+简介
　　数字广播是广播技术发展的必然趋势，它将传统模拟广播的单一声音业务拓展为能同时传递如图像、文字、数据及活动影像等的数字业务，成为继传统的调幅（amplitudemodulation，AM）、调频（frequencymodulation，FM）广播之后的新一代广播技术。DMB系统将声音、视频、文字等信息转换为数字信号，经压缩、编码、调制、发射、传输，到达接收端后，再经一系列反变换，还原出原始的信息。DMB系统采用了先进的编码技术，能提升信源传输效率、增强信道传输可靠性，具有优良音质和良好的高速移动接收性能。DMB+是DMB的加强版，通过信息编码、数字身份（数字ID）和终端识别等技术，进一步将音频广播、数据传输、定点推送、图文传送、强制预警等功能综合在一起，形成一项崭新的数据传播技术。本章简要介绍数字广播技术的发展概况、数字广播技术发展的困境和机遇，以及DMB+系统架构与优势。
　　1.1数字广播技术的发展概况
　　1.1.1广播数字化的必然性
　　传统的声音广播主要包括调幅和调频。二者服务人类生活已经超过半个世纪，并且至今仍然是人们生活中的重要传播方式。但是随着科技的发展，人们对声音质量以及节目内容都提出了越来越高的要求，传统的模拟广播无法满足这些要求。
　　传统的模拟广播是窄带信号，对无线信道中的多径传播和突发干扰缺乏抗干扰能力，因而易受天气和移动速度等因素的影响，导致音质损害。理论和实践已经证明，采用数字化的方法能克服模拟广播的缺点，收听到高质量（如激光唱片音质，即CD品质）的声音。因此，模拟广播的数字化是大势所趋，同时是一个巨大的市场。
　　广播的数字化包括两个方面：一是信源的数字化，即将声音通过数字化的方式进行采集和压缩；二是信道调制方式的数字化，即采用数字调制和信道编码的方式对信源数据进行传输，以提高信息传输的可靠性。数字广播接收机的核心就是信源解码器和信道解码器的设计。