（微电子学与固体电子学专业论文）dvbh系统的同步算法及其vlsi实现.pdf

中文摘要 摘要 d v b h 系统是d v b - t 系统向移动终端的延伸，是在其基础上针对移动手持 终端的数据与移动多媒体服务而制定的新一代数字地面广播标准。d v b h 系统 基于o f d m 调制技术。o f d m 是一种适用于无线环境下的高速传输技术，可以 有效对抗多径传播，拥有高频谱利用率，并且信号处理过程可以利用快速傅立叶 变化简单完成。但同时，o f d m 系统对同步的要求也更加严格，解调系统必须 有一个稳定且高效的同步环路。 本文面向基于o f d m 技术的d v b h 系统，分析了o f d m 系统中的同步技 术，提出了应用于d v b - h 标准的同步算法以及电路结构的实现方案。同时，由 于本方案主要利用信号帧结构与导频完成同步，因此该同步技术不仅适用于 d v b t h 系统，同样也可以应用于其他采用了类似导频结构的系统中，例如 c m m b 标准。由此可以实现多标准的同步环路融合方案。 本文的主要工作包括： ( 1 ) 根据o f d m 系统模型，深入分析了o f d m 系统中的同步问题，包括载波 同步，采样同步与符号同步三个模块的关键技术。从理论上详细分析了载 波频偏、采样频偏与符号定时偏差对o f d m 的影响，指出了同步的重要 性。针对d v b h 系统，在充分研究了d v b t h 系统同步算法的基础上， 借鉴数字通信方面的经验，充分利用系统中的帧结构与导频信息，提出了 应用于该系统的接收机同步算法并完成了硬件架构设计。 ( 2 ) 针对d v b h 系统存在多种传输模式的特点，利用o f d m 符号的循环前缀， 提出了一种新型的时域同步算法，该算法可以同时完成传输模式识别和小 数倍载波频偏与符号粗同步联合估计。与当前最新的研究成果比较，在算 法复杂度基本相同的情况下能够达到更高的性能。同时，小数倍载波频偏 的估计值可以精确到0 0 2 倍子载波间隔以下，满足协议的要求。 ( 3 ) 利用d v b h 系统的o f d m 符号结构与导频信息，改进了基于连续导频的 整数倍载波频偏估计算法。本文的算法利用零载波进行整数倍载波频偏的 估计，用滑动求和模块代替复杂度较大的复数乘法运算，大幅降低了硬件 开销与收敛时间。在已有研究的基础上，改进了频偏跟踪环路滤波器的参 数选取，使得跟踪环路在收敛速度与估计精度之间获得平衡，同时研究了 频偏跟踪范围的理论极限，满足系统对跟踪范围与精度的要求。利用同一 符号内连续导频信息完成符号细同步估计，通过与符号粗同步结果共同控 制f f t 窗口模块，提高系统性能。 ( 4 ) 基于本文提出的同步算法，给出了相应的硬件实现方案。从同步环路的整 体结构出发，针对各个算法单元模块提出了v l s i 结构的优化算法，确保 i v 中文摘要 了同步环路的性能，减小了电路的功耗，面积与成本。 关键词：o f d m ；d v b i - i ；时域同步；频偏同步；v l s i 实现 中图分类号：t n 4 3 2 ；t n 9 1 3 8 ；t n 4 9 2 v 中文摘要 - _ - - - _ - - _ _ - - _ _ _ - - - _ _ - - _ 一。_ _ _ _ - _ 。_ _ _ _ - _ - _ - _ _ 。- _ - _ - - _ i _ i _ - _ _ - - - _ _ _ _ - - - - - 一 a b s t r a c t d v b hi sa ne x t e n s i o nt ot h em o b i l et e r m i n a t i o no f d v b - ta sal l e wg e n e r a t i o n o fd i g i t a lt e r r e s t r i a lt e l e v i s i o nb r o a d c a s t ( d t t b ) s t a n d a r d s ，d v b hw a sf o u n d e d a c c o r d i n g t ot h es e r v i c eo f d a t ao fm o b i l et e r m i n a t i o na n dm o b i l em u l t i m e d i a t ob e s i m i l a rt od v b td v b hi sa l s ob a s e do no f d mt e c h n o l o g y , o f d ms y s t e mw h i c h i sah i g h - s p e e dt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yc a ne f f e c t i v e l yr e s i s tm u l t i p a t hd e l a ya n d h n p r o v e 丘q u c m ys p e c t r u mu t i l i z a t i o n i ti s a l s ov e r ye a s yt op r o c e s st h es i g n a lb y f f t b u ti na n o t h e ra s p e c t , t h er e q u k e m e n to fs y n c h r o n i z a t i o nf o ro f d ms y s t e mi s v e r ys t r i c t t h e r em u s tb ea s t a b l es y n c h r o n i z a t i o nl o o pi nt h ed e m o d u l a t i o ns y s t e m t h i st h e s i st a k e st h ed v b 。hw h i c hi sb a s e do no f d m a sr e s e a r c ho b j e c t f i r s t l y , i t a n a l y s e s t h e s y n c h r o n i z a t i o nt e c h n o l o g y o fo f d mm u l t i - c a r r i e rw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n t h e n , i tp r o p o s e st h ei m p l e m e n t a t i o ns c h e m eo fs y n c h r o n i z a t i o n a l g o r i t h ma n dc i r c u i ts t r u c t u r e w h a ti sm o r e ，t h i sd e si g na d o p t st h ep i l o t st or e a l i z e s y n c h r o n i z a t i o ni nf r e q u e n c yd o n 咀i n ，s ot h es y n c h r o n i z a t i o nm e t h o d i sr i o to n l y a d a p t st od v b t hr e c e i v e r s ，b u ta l s os u i t a b l et 0e x t e n dt 0 o t h e rc o m m u n i c a t i o n s y s t e m sw i t hp i l o t ss t r u c t u r e ，e s p e c i a l l yc m m bs y s t e m t h i s m e t h o dm a k e st h e m u l t i - s t a n d a r d si n t e g r a t i o np r o g r a mp o s s i b l e t h ei l i a i nc o n t r i b u t i o no f t h i sd i s s e a a t b nc a nb ec o n c l u d e da sf o l l o w i n g ： ( 1 ) b a s e do nt h eo f d ms y s t e mm o d e l , t h es y n c h r o n i z a t i o ni s s u e so f o f d ms y s t e m a r ea n a l y z e dt h o r o u g h l yi n c l u d i n gk e yt e c h m l o g i e so fc a r r i e rs y n c h r o n i z a t i o n , s a m p l i n gs y n c h r o n i z a t i o n a n ds y m b o l s y n c h r o n i z a t i o n t h e i n f l u e n c eo f n o n - i d e a ls y n c h r o n i z a t i o nt 0t h ew h ol es y s t e mi sa l s oq u a n t i t a t i v e l ya n a l y z e d i n a l l u s i o nt 0d v b hs y s t e m , w i t hd e e ps t u d yo ft h ee x i s t e n ts y n c h r o n i z a t i o n a l g o r i t h m a n dt h e d i g i t a l c o m m u n i c a t i o nt e c h n o b g y , i tp r o p o s e st h e s y n c h r o n i z a t i o ns y s t e ma l g o r i t h ma n d c i r c u i ts t r u c t u r eb a s e do nd v b h s y s t e m ( 2 ) t oa i ma tt h em u l t i - t r a n s f e rm o d ef e a t u r eo fd v b - h a d o p t i n gc y c l ep r e f l xo f o f d ms y m b o l , t h i sw o r kp r o p o s e san e wm e t h o do ft i m es y n c h r o n i z a t i o n a l g o r i t h mw h i c hc a ns i m u l t a n e o u s l ya e c o m p l i s hm o d ed e t e c t i o na n dj o i n t e d e s t i m a t i o no f c o a r s es y m b o ls y n c h r o n i z a t i o na n df r a c t i o nc a r r i e r 如q m n c yo f 基e t s y n c h r o n i z a t i o n c o m p a r e dw i t ht h e l a s t e da l g o r i t h m , t h i sm e t h o dc a na c h i e v e h i g h e ra c c u r a c yw i t ht h es i m i l a r h a r d w a r ec o m p l e x i t y a tt h es a r r 砖t i m et h e r e s i d u a lc a r r i e r 缸q m n c yo f f s e ti ss m a l l e rt h a nt w op e r c e n ts u b c a r r i e ri n t e r v a l ， s oi tc a nm e e tt h ed e s i g nt a r g e to f t h ec o a r s ee s t i m a t i o ni nd v b - h s p e c v i 一! 塑墨 ( 3 ) b a s e do nt h es t r u c t - eo fo f d ms y m b o la n di n f o r m a t i o no f p i l 吣，t h i st h e s i s i m p r o v e dt h ei n t e g e rc a r r i e rf r e q u e n c ye s t i m a t i o nw h i c hi sb a s e do nc o n t 访u a l p n o t s i ta d o p t s7 e r o 。c a r r i e rt oe x e c u t et h ei n t e g e rc a r r i e r f r e q u e n c yo 凰e ta 1 1 d r e p l a c ec o m p l e xm u l t i p l i c a t i o nw i t h s l i d i n gi n t e g r a t i o n i nt h i sw a y , t h e1 1 a r d 、】l ，a r e 璐姗p t i o na n dc o n v e r g e n c et i m ea r es h o r t e n e dd r a m a t i c a l l y w i t ht h es t u d vo f e x l s t e n tr e s e a r c ht h i st h e s i si m p r o v e st h es e l e c to f p a r a m e t e ro f b o pf i l t e lw h i c h a c n l e v eab a l a n c eb e t w e e nc o n v e r g e n c et i m ea n de s t i m a t i o np r e c i s i o n a tt h e s a i t l et i m e , i tr e s e a r c h e st h el i m i t a t i o no f 缸q 嘲yt r a c k i n ge s t i m a t i o nw h i c h m e e t st h ed e m a n d so f t r a c k i n gr a n g ea n de s t i m a t i o np r e c i s i o n o nt h ef i n e s y m b 0 1s y n c h r o n i z a t i o ns t a g e ，i ta l s o u s e sc o n t i n u a lp i l o t st o c o 砷1 e 钯f m e s y m b 0 1e s t i m a t i o n t h e n , t h es y s t e mp e r f o r m a n c ec a nb ei m p r o v e dt h r o u g ht h e r e s u l to f c o a r s ea n df i n es y m b o le s t i m a t i o n ( 4 ) b a s e do nt h er e s e a r c ho fa l g o r i t h mi nt h i st h e s i s ，t h ec o r r e s p o n d i n gl 】a r d w a 飑 s l r u c t mi sp r e s e n t e d f i r s t l yt h ew h o l ea r c h i t e c t u r eo f t h es y n c n i z a t i o n1 0 0 p i sd e p i c t e d ，a n dt h e nt h ek e ym o d u l e sa l ed e s c r i b e dr e s p e c t i v e l y , w h i c h i n c l u d e s e a c hs y n c h m n i z a t i o nm o d u l e s ，t h ec o r d i c c i r c u i t , i n t e r p ol a t o r , e t c w i t ht h e 0 p t i m i z i n ga l g o r i t h m so nv l s ia r c h i t e c t u r e , t h e s e i m p r o v e m e n t si n s u r et h e p e r f o r m a n c eo fs y n c h r o n i z a t i o nl o o p sa n dd i m i n i s ht h ep o w e r , a i e aa n dc o s to f t h i sc i r e u i t k e yw o r d s ： c l cn u m b er ： o f d m ；d v b - h ；t i m i n gs y n c h r o n i z a t i o n ；f r e q u e n c ys y n c h r o n i z a t i o n ； v l s ii m p l e m e n t t n 4 3 2 ；t n 913 8 ；t n 4 9 2 英文缩写说明 a d c a d s l a g c a s i c a 骼c k n g 犍 b e r c m d a c f o c p c o f d m c o r d i c d a b d a c d d f s d f t d s p d t m b d v b c d v b s d v b t d v b h e 弼i f d m f e c f f t f p g a g i h d t 、， i c i ) f t m e e 英文缩写说明 a n a l o gd i g i t a lc o n v e r t e r a s y m m e t r i c a ld i g i t a ls u b s c r i b e rl 0 0 p a u t o m a t i cg a i nc o n t r ol l e r a p p l i c a t i o ns p e c i f i ci n t e g r a t e dc k e u i t a d v a n c e dt el e v i s i o ns y s t e mc o m m i t t e e a d d i t i r ew h i t eg a u s s i a n n o i s e b i te r r o rr a t d c o d e dd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s c a r r i e rf r e q u e n c yo f f s e t c y cl i n gp r e a m b l e c o d e do r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t 毋l e x c o r d i n a t er o t a t i o nd i g i t a lc o m p u t e r d i g i t a la u d i ob r o a d c a s t i n g d i g i t a la n a l ogc o n v e r t e r d i r e c td i g i t a lf r e q u e n c ys y n t h e s i z e r d i s c f e t ef o u r i e r 胁r l s f o r m d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g d i g i t a lt e r r e s t r i a f t e l e v i s i o nm u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g - c a b l e d i g i t a lv d e ob r o a dc a s t i n g - s a t el l i t e d i g i t a l v i d e ob r o a d c a s t i n g - t e r r e s t r i a l d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g - h a n d h e l d e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d si n s t i t u t e f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n f a s tf o u r i e r 乃翟n s f o r m f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y g u a r di n t e r v a l h i g hd e f i n i t i o nt e l e v i si o n i n t e rc a r r i e ri n t e r f e r e n c e i n v e r s ed i s c r e t ef o u r i e rt h u s f o r m i n s t i t u t eo fe l e c t r i c a la n de l e c t r o n i ce n g i n e e r s 英文缩写说明 f t i s d b t i s i l f s r m i m o m e m s e n c o n 邗c o f d m p a p r p r b s p s k q a m q p s k r a m r f r o m r s r t l s f n s f o s n r t d s o f d m t p s v l s i ma n i n v e r s ef a s tf o u r i e rm a r l s f o r m i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a lb r o a d c a s t i n g - t e r r e s t r i a l i n t e rs y m b o li n t e r f e r e r r e l i n e a rf e e d b a c ks h i f tr e g i s t e r m u l t i - i n p u tm u l t i - o u t p u t m a x i m u ml i k e h o o d m e a ns q u a r ef t o t n u m e r i c a lc o n t r o l l e d0 s c i l l a t o r n a t i o n a lt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e o r t h o g o m lf r e q m n c y - d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g p e a kt oa v e r a g ep o w e rr a t i o p s e u d or a n d omb i n a r ys e q u e n c e p h a s es h i f tk e y i n gm o d u l a t i o n q u a d r a t m ea m p l i t u d em o d u l a t i o n q u a d r a t u r ep h a s es h i f tk e y m o d u l a t i o n r e a da c c e s sm e m o r y r a d i of r e q u e n c y r e a do n l ym e m o r y r e e d s o b i l i o n r e g i s t e rt r a n s f e rl e v e l s i n g l ef r e q u e n c yn e t w o d ( s a m p l ef r e q u e n c y o f f s e t si g n a l - t o n o i s er a t i o t u n ed o m a i ns y n c h r o n o u s - o f d m t r a n s m i s s i o np a r a m e t e rsi g n a l 骁r yl a r g es c a l ei n t e g r a t i o n w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k i x 第一章引言 1 1 数字电视概况 第一章引言 数字电视是指从电视节目的摄制、制作、编辑、存储、发射、传输，到信号 接收、处理、显示等全过程完全数字化的电视系统。具体来说，数字电视采用数 字摄像机、数字录像机等数字设备完成节目的制作、编辑和存储，电视台发射传 输和电视接收机接收到的信号均为数字信号，电视接收机内部则采用数字信号处 理技术来实现多种新的功能。数字电视不仅能使观众收看到相当于电视台演播室 节目质量的图像、声音，全面推动高清晰电视( h d t v ) 的发展，而且新型的蜂窝 式d t v 广播网还可以提供交互电视、视频点播以及其他多媒体服务，兼容性和 安全性也大大提高。数字电视和模拟电视相比有如下几个特点： ( 1 ) 信号杂波比和连续处理的次数无关。电视信号经过数字化后是用若干位二进 制的两个电平来表示，因而在连续处理过程中或在传输过程中引入杂波后， 其杂波幅度只要不超过某一额定电平，通过数字信号再生，都可能把它清除 掉，即使某一杂波电平超过额定值，造成误码，也可以利用纠错编、解码技 术把它们纠正过来。 ( 2 ) 模拟电路处理的是连续变化的物理量( 电压、电流) ，随着气候环境变化或 元件本身的老化，图像经传输后的复现质量会逐渐下降。数字设备输出信号 稳定可靠，因数字信号只有o ”、“l ”两个电平，l 电平的幅度大小只要满足 处理电路中可能识别出是“r 电平就可，大一点、小一点无关紧要。 ( 3 ) 数字电视技术易于实现信号的存储，而且存储时间与信号的特性无关。近年 来，大规模集成电路( 半导体存储器) 的发展，可以存储多帧的电视信号， 从而完成用模拟技术不可能达到的处理功能。 ( 4 ) 模拟电路不能处理多种业务或多种制式信号，需改变电路硬件来实现。数字 电路的计算处理是通过算法和程序等软件进行控制，通过变更软件或配置软 件功能就可以处理多种业务或多种制式信号。 ( 5 ) 数字信号可以通过数字电路进行压缩加工，使得相同的带宽可以传送多种或 多套节目。压缩后的数字信号，可以在与模拟信号相同的带宽内传送同样压 缩比的多套节目或附加其他业务。 ( 6 ) 模拟视频电视信号数字化后，极大地方便了数字处理，可以利用丰富的计算 机软硬件资源进行生成和加工制作，高速地实现图像格式、编码方式和编码 参数等的转换，实现多种声音效果。 第一章引言 1 2 数字电视标准分类 数字电视按传输方式分为地面、卫星和有线三种。1 9 9 5 年，欧洲1 5 0 个组 织成立了d v b ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ) 联盟，这个联盟现在已经拥有近2 0 0 个成员。1 9 9 7 年，d v b 联盟发表了它的数据广播技术规范，包括卫星数字电视 传输标准d v b s 、有线电视传输系统标准d v b c 和地面传输标准d v b t ，为 卫星、有线和地面电视频道传送高速数据铺平了道路。 数字电视的三种传播途径中，卫星和有线在全球范围内基本是统一的，只有 在地面传输标准的采用上各国有较大的差异，形成了欧洲、北美、日本和中国四 种不同的传输体制，相互不兼容。 表1 1 数字电视四种标准的比较 d v b a t s ci s d bd 州b d v b - td cd v b s 视频编码 m p e g 2m p e g 2m p e g 2m p e g 2m p e g 2m p e g 2 方式 音频编码 a ( 3m p e g 2m p e g 2m p e g 2m p e ( 、2m p e g 2 方式 复用方式m p e g 2m p e g 2m p e g 2m p e g 2m p e g 2m p e g 2 调用方式8 v s bc o f d m q a mq p s kq p s k t d s o f d m 1 美国高级电视委员会( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e ，a t s c ) 研发的格 型编码八电平残留边带调制( t r e l l i s c o d e d8 - l e v e lv e s t i g i a ls i d e b a n d ，8 - v s b ) 【l 】 o a t s c 系统采用8 - v s b 传输模式，能够可靠地在6 m h z 的电视信道中传输 1 9 4 m b i t s 的流量，经r s 编码后达到2 1 3 5 m b i t s ，其图像分辨率是普通电视的5 倍。a t s c 系统的最大特点是“地面同播模式”，采用该模式可有效抵抗n b c 模拟电视的干扰，允许在原有的n t s c 模拟电视发射机上配置一个具有相应的覆 盖范围的数字电视发射机，并对现存的n b c 模拟电视的节目影响很小。 郴c 系统虽然具备较好的载噪比，但系统为了抵抗n t s c 模拟电视的同步干 扰，在接收机中加入梳状滤波器，牺牲了约3 5 d b 的载噪比指标。此外，系统使 用单载波固定码率的数字传输系统，不支持移动接收。这些都是a t s c 系统的不 足之处。 2 欧洲地面数字电视广播( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g t e r r e s t r i a l , d v b d 标准采 2 第一章引言 用的编码正交频分复用( c o d e d 。o f d m ) 调制系统【2 1 。 d v b t 采用c o f d m ( 编码正交频分复用) 调制，使用m p e g - 2 传送比特流 复用，r s 前向纠错系统( r s f e c ) 。系统经c o f d m 调制，图像、伴音、附加数据 等总有效数据率为2 5 0 8 8 m b i t s ，经r s 纠错编码后达到2 7 0 1 7 m b i v s ，用格状编码 q a m 调制到多个频率信道中，采用双边带调制到载波发射出去，d v b t 系统在 8 m h z 的带宽内能传输4 套s d 啉目。系统中设置了许多导频信号，这些导频信 号按照一定规则穿插在数据中，高于数据功率3 d b ，完成系统同步、载波恢复、 时钟调整和信道估计。系统还采用“保护间隔技术”，在每个符号间插入保护间 隔，只要多径延时不超过保护间隔的长度，就可抵御多径传输带来的干扰。d v b t 系统采取有效的信道编码技术把各个载波上的信号相互联系起来，信道的特性由 导频信号导出，由此可以知道信道是否受损，对于受损的信道，可通过其它信道 上解调出来的信号恢复受影响的信号。正因为采用上述这些技术，使得d v b - t 系统比较适合地面广播的复杂情况，容易实现单频网络，同时在抵抗多径影响和 移动接收方面，系统性能优于a t s c 系统。 3 日本地面综合业务数字广播( i n t e g r a t e ds e r v i c ed i g i t a lb r o a d c a s t i n g - - t e r r e s t r h i ， i s d b 1 ) 采用的分频段传输( b a n d w i d t hs e g m e n t e dt r a n s m i s s i o n ，b s d 正交频分复 用o f d m 系统1 3 j 。 日本提出的i s d b to f d m 系统采用m p e g - 2 传送比特复用，o f d m 调制方 式，使用的编码方式、调制、传输与d v b t c o f d m 基本相同，不同之处在于接 收方面增加了部分接收和分层传输，将整个6 m h 颜带划分为1 3 个子带，每个子 带4 3 2 k h z ，将中间一个用于传输音频信号，并大大加长了交织深度( 最长达0 5 秒) ，增加交织深度将引入长达几百毫秒的延迟影响频道转换和双向业务。 在一个地面频道中有1 3 个o f d m 频谱段，有用的带宽是1 3 b w 1 4m h z 。系 统采用的调制方法称为频带分段传输s t ) o f d m 。b s t - o f d m 对不同的b s t 段 采用不同的载波调制方案和内码编码码率。每个数据段有其自己的误码保护方案 ( 内码编码码率、时间交织深度) 和调制类型( q p s kd q p s k 、1 6 - q a m 或者 6 4 q a m ) ，因此每段能满足不同的业务需求【钔。 4 中国地面数字电视标准( d i g i t a lt e r r e s t r i a lm u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ，d t m b ) 采用 融合单、多载波的传输方案，其中单载波方案来源于上海交通大学的提出的 a d t b t 系统，多载波方案则是清华大学提出的时域同步的o f d m 系统 ( t d s o f d m ) 【5 1 。 d t m b 标准中的单载波传输方案和美国标准a t s c 类似，也使用了p n 序列 作为训练符号并加入双导频结构以辅助载波同步，不过在信号帧结构和星座映射 方面d t m b 标准的单载波方案和a t s c 还存在较大差异，性能也要优于美国的 第一章引言 a t s c 标准。d t m b 标准的单载波能更好地对抗前后向的0 d b 多径和动态多径， 满足移动接收和单频网( s f n ) 应用的要求【6 】。不同于欧洲d v b t 标准以及日本 i s d b t 标准中所使用的基于循环前缀填充保护间隔的c p o f d m 技术，d t m b 标准中的多载波方案t d s o f d m 采用了p n 序列作为保护间隔，并且同时起到 了时域训练符号的作用。采用p n 序列进行同步的方法加快了同步从捕获开始到 跟踪结束的速度，降低了系统同步时间。同时，作为训练符号，p n 序列的引入 避免了类似d v b t 标准在频域插入大量导频信号，可以一定程度地提高频谱利 用率。但是由于o f d m 系统中用来使得各子载波之间保持正交的循环前缀被p n 序列所取代，t d s o f d m 系统相对于d v b t 系统需要剪切相加操作重构出帧头 和帧体数据与信道冲激响应的循环卷积，然后进行频域均衡得到解调输出数据。 1 3d v b h 标准简介 在欧洲，对于面向手机数字电视的研究早在1 9 9 8 就开始了。2 0 0 0 年正式成 立面向手持设备接收数字电视地面广播的研究小组，以实现数字电视的移动化。 2 0 0 0 年末，推出了d v b t 的扩展标准。为了提高移动性能和组网的灵活性，提出 了4 k 的传输模式；为了提高抗突发干扰的性能增加了时间交织。2 0 0 2 年，由诺 基亚发起成立d v b c m ( 商业模型研究小组) 以研究d v b m ( m o b i l e ) 的物理层需 求。同期，成立技术组，以解决由d v b c m 提出的技术问题。发现，d v b t 不适 用于手持终端的应用，关键的问题在于功耗。与此同时，d v b h 相应几大试验 网顺利开通。2 0 0 4 年4 月，d v b h 标准【7 】通过了d v b 委员会核准，同年11 月成为 e t s i 正式欧洲电讯标准之一。 d v b h 系统是d v b t 系统向移动终端的延伸【8 1 1 9 1 ，与现有的d v b t 系统完全 向后兼容。但和d v b 啪比，d v b h 终端具有更低的功耗，移动接收和抗干扰 性能更为优越，所以该标准适用于移动电话、手持计算机等小型便携设备通过地 面数字电视广播网络接收信号。简而言之，d v b h 标准就是依托目前d v b 礁 输系统，通过增加一定的附加功能和改进技术使手机等便携设备能够稳定的接收 广播电视信号。 d v b h 系统结构图如图l 所示。系统前端由d v b hi p 封装机和d v b h 调制 器构成，d v b h 调制器实际上就是一个d v b - t i 凋制器，但在其中增加了新的内 容，诸如4 k 传输模式、d v b ht p s 。i p 封装机负责将p 数据按多协议封装成按 时间分片的系统传输流，d v b 。h 调制器负责将口数据封装成m p e g - 2 系统传输 流，此传输流和其i 包m p e g - 2 电视业务通过复用器形成t s 流输入d v b h 调制器， d v b h 调制器负责信道编码和调制。系统终端由d v b h 解调器和d v b h 终端构 成，d v b h 解调器负责信道解调、解码，d v b hi p 拆封机负责把p 数据包从解 4 第一章引言 码后的髑流中拆分出来，d v b - h 终端负责相关业务显示、处理。 1 4 本文主要工作 图1 1d v b h 系统结构图 本论文主要针对以o f d m 技术为基础的d v b 晰准，研究了d v b h 接收机基 带内接收机同步算法及其电路硬件架构。 本文总共分为六个章节，组织结构安排如下： 第一章为引言，主要介绍了数字电视技术概况以及如今主要的数字电视标准 的特点与发展状况，然后简要阐述了d v b h 标准的演变历程。 第二章简单介绍了o f d m 技术的历史与o f d m 系统的调制、解调原理。接着 详细介绍了三种同步模块以及同步偏差对o f d m 系统的影响，指出了同步的作用 和意义。 第三章介绍了d v b h 系统的采用的重要新技术、信道编码、符号结构等内容， 并将同步环路以f f t f 莫块为界分为时域与频域同步两部分进行分析。 第四章介绍了时域同步算法，包括模式识别算法、符号粗同步与小数倍载波 频偏，提出了一种新型的时域同步算法，能够在进行模式识别的同时自动提供符 号粗同步与小数倍载波频偏估计。 第五章介绍了频域同步算法，提出了一种改进的整数倍载波频偏算法，并完 成了频偏跟踪模块与符号细同步模块。 第六章对于上述算法进行硬件建模并且提供了相应的优化策略，最终得到了 整体同步环路在算法与硬件上的性能与资源的具体评估，并进行了f p g a 验证。 本文的最后对所做工作进行了总结，并对未来工作提出了展望。 第二章o f d m 系统与同步技术 第二章o f d m 系统与同步技术 2 1 多载波技术的发展 多载波调制本质上是一种频分复用技术。频分复用( f d m ) 技术早在1 9 世纪以 前就已经被提出，它把可用带宽分成若干个相互隔离的子频带，同时分别传送一 路低速信号，从而达到信号复用的目的。这种传统的多载波传输方式复杂性比较 高，因为各子载波都需要自己的模拟前端，同时为了使得接收机可以区分各个子 频带，各子频带之间必须有足够的间隔，从而避免经过信道后发生频谱混叠，所 以频谱效率通常很低，为了提高f d m 技术的频谱利用率，ga d o e 踌【1 0 】在2 0 世纪5 0 年代提出y k i n e p l e x , 系统。该系统的设计目标是在严重多径衰落高频无线 信道中实现数据传输。系统使用了2 0 个子载波，使用差分q p s k 调制，且实现方 式几乎和现代的0 f d m - - 样：相邻子载波间的间隔近似等于子载波的符号速率， 从而保证各子载波的频谱相互重叠，但又是正交的，于是可以大大地提高频谱利 用率，但系统仍采用了传统的多载波调制系统实现方式。随后的多载波系统1 1 1 儿1 2 】 也是利用类似的技术提高频谱利用率。 以上系统中的子载波频谱没有经过滤波，各子载波频谱形状均为s i n ( k , ) j 函 数形状式。为了限制系统频谱，& w c h a n g 等分析了多载波通信系统中如何使 经过滤波、带限的子载波保持正交【1 3 】【1 4 】【1 5 】。随