（信号与信息处理专业论文）dvbt信道解调器同步模块设计与实现.pdfVIP

摘要 本文基于电子科技大学数字视频与h d t v 实验室“d v b t 接收机系统”项 目，分析了目前现有的d v b t 数字电视地面广播信道解调器同步算法，包括符 号同步、载波频率同步与采样同步算法。在参考现有同步算法的基础上，设计了 种信道解调器同步方案，主要包括以下几部分内容：符号粗同步、分数频偏估 计与补偿、整数频偏估计与补偿、符号精同步与采样定时相位估计，并基于 s i m u l i n k 平台对该方案进行了系统仿真，给出了仿真结果，系统测试结果达 到了d v b t 标准要求。文中还介绍了信道解调器同步模块f p g a 仿真验证的模 i 块设计。 文章结构如下：第一章介绍了数字视频广播的发展近况；第二章描述了数字 视频地面广播的地面传输信道特性，并且介绍了c o f d m 的原理：第三章介绍了 欧洲数字视频地面广播帧结构以及编码调制方案；第四章是本文的重点，该章中 首先给出了d v b t 信道解调过程中同步误差对系统的影响，然后详细分析了同 步算法，提出同步方案，并进行系统仿真，给出仿真结果；第五章中简要介绍了 同步模块的f p g a 实现。 关键词：d v b t ；c o f d m ；同步 a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o ni sb a s e do nt h e d v b tr e c e i v e rs y s t e m p r o j e c ti nd i g i t a l v i d e o & h d t vl a b ，u e s t c i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h es y n c h r o n i z a t i o na l g o r i t h m si n e x i s t e n c ef o rd v b ta r e a n a l y z e di nd e t a i l ，i n c l u d i n g t h ea l g o r i t h m so fs y m b o l s y n c h r o n i z a t i o n ， c a r r i e r f r e q u e n c ys y n c h r o n i z a t i o n a n d s a m p l i n g c l o c k s y n c h r o n i z a t i o n as y n c h r o n i z a t i o n s c h e m ef o rd v b tc h a n n e ld e m o d u l a t o ri s p r e s e n t e db a s e d o i lt h e s ea l g o r i t h m s t h es c h e m ei n c l u d e st h ef o l l o w i n gp a r t s ：c o a r s e s y m b o ls y n c h r o n i z a t i o n ，f r a c t i o n a l c a r r i e rf r e q u e n c ye s t i m a t i o na n dc o m p e n s a t i o n ， i n t e g r a lc a r r i e rf r e q u e n c y e s t i m a t i o na n d c o m p e n s a t i o n ，j o i n ta l g o r i t h mo f f i n es y m b o l t i m i n gr e c o v e r y a n d s a m p l i n g c l o c k a d j u s t m e n t t h es y s t e m s i m u l a t i o n sa r e c o m p l e t e d b a s e do nt h es i m u l i n k p l a t f o r m ，t h er e s u l to f t h es i m u l a t i o ni sg i v e ni n t h i sd i s s e r t a t i o n ，a n dt h er e s u l tm e e tt h ed v b - ts t a n d a r dw e l l t h es y n c h r o n i z a t i o n m o d u l e si m p l e m e n t e db yf p g ai nd v b tc h a n n e lm o d u l a t o ri sd e s c r i b e di nt h i s d i s s e r t a f i o n ，t o o t h ed i s s e r t a t i o ni so r g a n i z e da sf o l l o w i n g ：i nc h a p t e r1 ，t h er e c e n ts i t u a t i o n so f d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g i nc h i n aa n do v e rt h ew o r l d w i d ei si n t r o d u c e d ；i nc h a p t e r2 w ed e s c r i b e dt h ec h a n n e lc h a r a c t e r i s t i c sf o rt h ed i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n gt e r r e s t r i a l t r a n s m i s s i o n ；c h a p t e r3g i v e st h ef r a m i n gs t r u c t u r e ，c h a n n e lc o d i n g a n dm o d u l a t i o ni n d v b ts y s t e m ；c h a p t e r4i st h ef o c u so ft h i sp a p e r , i nt h i sc h a p t e r , t h ee f f e c t so f t h e s y n c h r o n i z a t i o ne r r o r si nd v b tc h a n n e ld e m o d u l a t o ra r ea n a l y z e df i r s t l y , t h e nw e p r e s e n t t h e s y n c h r o n i z a t i o na l g o r i t h m s ，g i v e n t h e s y n c h r o n i z a t i o ns c h e m e ，a n d c o m p l e t e dt h es y s t e ms i m u l a t i o n ；a tl a s tw e d e s c r i b et h ef p g ar e a l i z a t i o nb r i e f l yi n c h a p t e r 5 k e y w o r d s ：d v b - t ，c o f d m ，s y n c h r o n i z a t i o n l j 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电予科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 j 签名：壑! 耋鉴日期：洲年弓月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 糨 e t 期：溯年弓月e l 电子科技大学硕士论文d v b t 信道解调器同步模块设计与实现 1 1 数字电视发展状况 第一章绪论 随着图像处理、通信、计算机技术的发展，广播电视由模拟向数字发展已经 成为人们的共识。相对于模拟电视，数字电视广播可以提供高质量的画面，极大 的提高频谱资源的利用效率，并且可以以灵活的方式传输视频信号或者提供其他 数据业务。 由于传输带宽的限制，采用传统的模拟电视的编码调制方式不能满足数字电 视广播的要求。在数字广播中，为了节省频率资源，要求调制后的数字电视信号 的带宽尽量窄，以便在有限的频带内传输尽可能多的电视节目。调制后的数字电 视信号的带宽一方面取决于基带电视信号的带宽，另一方面取决于调制方式。前 者的频带压缩依靠信源编码来实现，后者的频带压缩则通过信道调制技术来完 成。目前的数字电视传输标准，都是针对信道编码调制方式制定的。 数字电视广播按照其传输信道的不同主要分为卫星电视，有线电视以及地面 电视。数字电视地面传输作为数字电视广播传输的重要方式之一，由于地面传输 信道的恶劣特性，其复杂性为三种传输方式之首，正在受到越来越多的人们的关 注。为了能在有限的6 - 8 m h z 带宽的模拟电视信道内传输2 0 m b s 左右的数据率， 必须采用适当的数字调制技术，调制方式的选择应该与信道的特点相匹配，因此 在地面传输中，调制方式的选择既应该有效的压缩带宽，也应该具备较强的抗干 扰能力。 1 1 1 国外数字电视发展状况 目前，世界上比较成熟的数字电视传输标准有欧洲的d v b ( d i g i t a lv i d e o b r o a d c a s t i n g ) 系列标准，美国的a t s c 标准以及日本的i s d b 标准。其中，d v b 的地面传输标准采用了编码正交频分复用( c o f d m ) 技术，a t s c 采用了格形 编码的8 电平残留边带调制( t c m 8 v s b ) ，日本的综合业务数字广播采用频带 分段传输正交频分复用( b s t - o f d m ) 。 欧洲的数字电视系列标准的规划自1 9 9 3 年开始，d v b 标准可以归纳成主要 有以下几个组成部分：基带处理、传输、条件接收、交互操作等。1 9 9 6 年3 月 欧洲电信标准协会( e t s i ) 公布了d v b t ( d i g i t a l v i d e o b r o a d c a s t i n g t e r r e s t r i a l ) 电子科技大学硕士论文d v b t 信道解调器同步模块设计与实现 标准草案，并于1 9 9 7 年3 月公布了d v b t 标准，以后曾多次修订，进行不 断的完善与提高。欧洲数字电视系列标准作为世界上应用范围最广泛、技术最成 熟的数字电视标准，涵盖了数字电视的各种传输方式，包括d v b t ( 地面传输 标准) 、d v b c ( 有线传输标准) 、d v b s ( 卫星传输标准) 三个系列。d v b 系 列标准的基带处理采用m p e g 一2 的标准。目前，d v b 标准正在被越来越多的国 家所采用。 美国在军用h t d v 方面的研究工作起步较早，但在民用方面稍落后于欧洲。 1 9 8 8 年联邦通信委员会( f c c ) 提出了新一代电视的条件，后因不可能实现而 于1 9 9 0 年重新做了修订，之后多家公司提出了四种方案，并于1 9 9 3 年成立大联 盟( g a g r a n da l l i a n c e ) ，进行新一代电视方案的联合研制。1 9 9 5 年对g a 系统 方案进行了测试并且制定了a t s c ( 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 ) 标 准，它采用t c m 一8 v s b 调制方式，相对于欧洲标准，a t s c 地面传输方案提高 了频谱效率，在相同的高斯噪声下可以得到较高的数据率，但是在抗多径干扰、 移动接收方面明显不足。目前有美国、加拿大、墨西哥等国家采用这一技术标准。 日本自1 9 8 3 年起开始研究i s d b ( i n t e g r a t e d s e r v i c e s d i g i t a l b r o a d c a s t i n g ) ，1 9 9 9 年春季制定了i s d b 地面广播的标准，即i s d b t ，它与d v b t 一样采用了多载波调制，可以说是欧洲d v b 系统的衍生系统。不同之处是采用 了频带分段多载波调制，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，不同的数据段有自己的误码保护方案以满足不同的业务需求。可以在 6 m h z 带宽中传递h d t v 服务或者多数字节目服务。i s d b t 分宽带和窄带两种， 前者将频带划分为1 3 个子带，以分层传输信号；后者仅由一个o f d m 段组成， 适用于语音和数据广播。该方案抗多径传输信号的能力比较强，对多山的岛国日 本来说很合适，但是它仍然没有解决c o f d m 系统的实质性问题。目前日本国内 采用这一标准进行数字电视广播。 1 1 2 国内数字电视发展状况 我国数字电视系统的研究工作始于八十年代，并且在传播体制、编解码方式 和传输方式等方面取得了不少成果1 1 7 。 1 9 9 5 年，原国家科委立项，成立了由上海交通大学等单位组成的数字高清 晰度电视总体组，1 9 9 8 年9 月，总体组完成了第一代高清数字电视功能样机， 第一代h d t v 功能样机采用1 4 4 0 * 1 1 5 2 格式，帧频5 0 h z 。然后又推出了第二代 2 电子科技大学硕士论文d v b t 信道解调器同步模块设计与实现 样机，第二代样机采用1 9 2 0 1 1 5 2 格式，帧频6 0 h z ，1 9 9 9 年，在国庆5 0 周年时 用该方案完成了国庆庆典的实况直播。1 9 9 9 年，电子科技大学出色的完成了国 家九五重点科研项目“数字h d t v 地面广播c o f d m 传输方案”的设计。其总 体特征是：视频信号经信源编码成为m p e g 。2 码流，以t s 包的形式送往码流适 配器、信道编码器和调制器，最终形成o f d m 调制信号。 与此同时，在硬件方面从可视电话、会议电视到现行电视的数字化以及信道 编解码调制设备的研制都积累了一定的经验，取得了定的成果。 数字电视在中国推行是必然的趋势。事实上我国广播电视系统已开始了向数 字电视的转变，1 9 9 6 年中央电视台率先开通了卫星数字电视广播业务，截至2 0 0 1 年我国所有的省级电视台都开通了卫星数字电视频道。根据广电总局的规划，我 国将首先局部试播数字电视，并最终在2 0 1 5 年，全面停播模拟电视，转向数字 电视。 目前，在充分研究欧洲、美国、日本等传输技术与标准的基础上，国家有关 部门确定在北京、上海和深圳等地设立数字电视试验区，并在此基础上进行数字 电视地面传输标准的制定工作。适合我国国情的自主知识产权的数字电视地面传 输标准即将出台，这将会极大的增强我国在数字电视乃至无线移动通信等领域的 国际技术竞争能力，为国内的芯片设计和加工产业创造发展空间，实现我国由电 视大国向电视强国的转变。 1 2 论文选题依据 目前，虽然现有的数字电视地面传输标准各有优缺点，但是欧洲数字电视地 面传输标准作为世界上应用范围最广泛的数字电视传输标准，得到了世界范围内 越来越多的关注。 相对于单载波系统，欧洲传输方案的多载波正交频分复用系统具有更好的抗 多径性能，对地面传输的恶劣信道环境具有更强的抵抗能力，并且可以较为容易 的实现移动接收，组建单频网络，适合于不同的应用场合，具有更广阔的发展前 景。 正交频分复用系统中，系统同步是其重点与难点之一。因此，对欧洲数字电 视地面传输方案信道解调器同步技术的研究具有重大的理论和实际应用价值。 屯子科技大学硕士论文d v b t 信道解调器同步模块设计与实现 1 3 论文结构 本文是基于电子科技大学数字视频与h d t v 实验室d v b t 接收机系统项目 开发而撰写的。论文第二章对地面传输信道模型以及正交频分复用( o f d m ) 原 理进行了介绍。第三章介绍了d v b t 系统帧结构以及信道编码调制方式。第四 章是本文的重点部分，文中首先给出了同步误差对系统性能的影响，详细分析了 现有的同步算法，然后提出了d v b ，t 信道解调器的同步方案设计、算法仿真， 最后给出仿真结果，包括频率同步、符号同步以及采样定时同步。第五章针对前 文提出的方案分别叙述了各个同步模块的f p g a 实现方案。第六章总结全文。 d 电子科技大学硕士论文d v b t 信道解调器同步模块设计与实现 第二章地面传输信道模型及o f d m 基本原理 2 1 地面传输信道模型 对数字广播地面传输信道的研究表明，地面传输信道主要存在两方面的特 性：地面信道的噪声和干扰；地面信道的多径和衰落。 2 1 1 地面传输信道的噪声和干扰 2 1 1 1 加性高斯白噪声 数字视频广播地面传输工作在u h f v h f 频段，对这一频段的无线通信传输 系统，最主要噪声包括接收机前端所产生的热噪声和天线所接收到的外部噪声， 如各种自然现象所产生的噪声。通常这些噪声表现为加性高斯白噪声。高斯分布 的概率密度可以表示为： 1一( x - p ) 2 f ( x ) = 亭8 2 a 2 ( 2 1 ) 吖z 刀t 3 r 加性高斯白噪声信道模型是通信信道中最简单的数学模型，该信道中传输的 信号被加性高斯白噪声恶化，假设发送信号s ( f ) ，加性高斯白噪声n ( f ) ，那么接 收到的信号r ( r ) 可以表示为： ，( f ) = a s ( t ) + ( f ) ( 2 - 2 ) 这里d 表示信号通过信道传输引入的衰减因子。 2 1 1 2 突发干扰 突发干扰表现为短时大噪声，这种短时大噪声主要由工业电火花等时间短促 而功率比较大的突发因素引起，噪声能量可能高于信号能量。对于低功率的脉冲 干扰，多载波系统对它有比较强的抗干扰性，因为干扰可以被平均的分配到整个 f f t 块上，同时可以加大对调制信号的交织深度来提高系统的抗干扰性：但是对 于短时大功率干扰脉冲，经o f d m 信道解调以后会引起大量误码。它对数字信 号的传送不利，是数字电视传输必须面对的问题之一。 电子科技大学硕士论文d v b t 信道解调器同步模块设计与实现 2 1 1 3 同频干扰 在数字电视推广的初始阶段，其地面广播是在现有的电视频段内，与标准的 p a l 信号同播，因此，数字视频广播信号会受到队l 同播信号的干扰，p a l 信 号的频谱特征是信号能量主要集中在视频载波、色亮以及音频副载波，p a l 频谱 图如图2 - 1 所示 图2 - 1p a l 信号频谱示意图 2 1 2 地面传输信道的多径和衰落 2 1 2 1 路径损耗 路径损耗可以用“路径损耗”p l ( p a t hl o s s ) 表示： p z ( a a 、= 1 0 1 0 9 p t p r ( 2 - 3 ) 它是有效发射功率和接收到的功率之比，是发射机和接收机间相隔距离的函 数，其路径损耗随着发射机和接收机之间的距离的增加而增加，在不同的环境中， 其损耗指数不同。 2 1 2 2 多径衰落 多径衰落是由于发射的信号经过不同的路径反射到达接收机的时间不同而 造成的。多径信道主要包括三个参数：多径时延、衰减和相移。通过选择不同的 参数可以得到不同的信道模型。多径参数随时间变化的信道为时变多径信道，通 电子科技大学硕士论文d v b - t 信道解调器同步模块设计与实现 常会引起附加的调幅或者调相，信号的失真取决于这种调幅、调相的特点，它既 可能是无衰落的高斯型也可能是电平有大幅度起伏的瑞利型。多径衰落往往在很 大程度上取决于多径参数中相位的时变性。 多径衰落还可以分为平坦衰落和频率选择性衰落。如果多径信道在一个比传 送信号带宽更宽的带宽内具有恒定的增益和线性相位响应，那么接收到的信号承 受平坦衰落；如果信道具有恒定增益和线性相位响应的带宽小于传送信号带宽， 信道在接收到的信号上产生频率选择性衰落。多径平坦衰落可以通过提高发射机 的功率来减小其影响，而频率选择性衰落不能依靠增加发送功率来改善。 2 1 2 3 多普勒频移效应 接收机相对于发射机的运动会造成接收到的信号相对于发射的信号有频移。 这个频率偏移叫做多普勒频移，它与相对运动速度和发射信号的频率和电波的入 射角度有关。多普勒频移分布函数可由下式给出1 1 3 | ： p f , ( f o 卜昙i 事 l h i 毋时，信道满足慢衰落信道的条件，另一方面，当 既时，信道满足频率非选择性衰落信道条件。 2 1 ，3 地面传输信道模型 综上所述，地面传输信道可以由图2 - 2 1 所示的简化模型表示。 图2 - 2地面传输信道模型 接收 电子科技大学硕士论文d v b t 信道解调器同步模块设计与实现 其中，t 是多径延时，p o 是直视信号衰落因子，p ( t ) 是多径衰减因子。 2 2o f d m 系统的基本原理 多载波传输通过把数据流分解为若干个子比特流，然后用该低比特率的数据 调制相应的子载波，从而构成多个低速率符号并行发送的传输系统，在单载波系 统中，一次衰落或者干扰就可以导致整个链路失效，但是在多载波系统中，某一 时刻只会有少部分的子信道受到深衰落的影响，给接收端正确解调提供了可能 性。 在传统的频分复闻系统中，整个信号频段被划分为n 个互相不重叠的频率 子信道，传输独立调制信号，再将n 个子信道进行频率复用，在接收端用滤波 器组进行分离，这样有利于消除信道间干扰，却不能有效利用宝贵的频率资源。 正交频分复用( o f d m o 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 i p l e x i n g ) 是一种 特殊的多载波调制方案，它最早起源于2 0 世纪5 0 年代，6 0 年代形成了使用并 行数据传输和频分复用的概念。1 9 7 0 年首次公开发表了有关o f d m 的专利。其 基本特征是将串行传输的数据流分成若干组，每组待传输的数据再分成n 个符 号，对每个符号分配一个彼此正交的载波，调制后一并发送出去。 在o f d m 系统中，各个子载波之间相互j 下交，允许子信道的频谱相互重叠， 因此与常规频分复用系统相比，o f d m 系统可以最大限度的利用频谱资源。而 且由于在o f d m 调制时把高速数据流进行了串并转换，使得每个子载波上的数 据符号持续长度相对增加，从而可以有效的减小无线信道的时间弥散所带来的 i s i ，这样就减小了接收机内均衡的复杂度，有时甚至可以不采用均衡器，仅通 过采用插入循环前缀的方法消除i s i 的不利影响。o f d m 系统中的正交调制解调 可以用i d f t 和d f t 来实现，在n 比较大时，可以采用f f t 来实现，在大规模 集成电路技术成熟的今天，这种调制解调相对来说是比较容易实现的。 2 2 1o f d m 信号表示 为了便于分析，将o f d m 调制看作由n 个独立的q a m 子信道所组成，在 实际应用中，各个子信道可以有不同的q a m 映射星座。假设x 向，) 为第n 个 子信道的调制信号，则为了用信息符号x 向j 来调制n 个子载波，我们在这罩 采用i d f t ，将有用数据信息调制到子载波上。其得到的时域表达式如下： 电子利技大学硕士论文d v b t 信道解调器同步模块设计与实现 吖纠= 品薹酬e 伫删 协。， 从上式可以得到在一个码元时间内的n 个并行信道采样值之和的信号( 即 离散o f d m 信号) 。这种信号经过d a 变换及滤波后便可直接调制到射频上进行 传输。 解调时，可以利用下式： 酬：n - i k l e j 2 腑k ，n ( 2 - 1 0 ) 得到输出信号。2 - 9 式是离散傅立叶反变换( i d f t ) 的一般形式，2 - 1 0 式 则是d f t 的l 般形式。o f d m 信号具有如图2 - 3 所示的频谱。 图2 - 3o f d m 信号频谱示意图 由图可见，o f d m 信号子信道问频谱重叠，在每个子信道的中心点来自其 他子信道的干扰为零，多个子信道频谱之间不存在相互干扰。因此，o f d m 系 统可以达到很高的频谱利用率，可以不用子信道成形滤波器。由于采用并行传输， 大大扩展了传输符号宽度，本身具有较强的抗多径能力。 2 2 20 f d m 系统关键参数 o f d m 系统中，为了最大限度的消除符号间干扰而在每个o f d m 符号间插 入保护间隔，而且该保护间隔一般要大于无线信道的最大时延扩展，这样每一个 符号的多径分量不会对其他符号造成干扰。通常采用循环前缀来作为保护间隔。 针对不同的系统可以采用不同长度的保护间隔，同时保护间隔的存在也给接收端 提供了一定的有用信息，用于接收端同步。但是，保护间隔在一定程度上降低了 频谱资源的利用率。 0 电子科技大学硕士论文 d v b t 信道解凋器同步模块设计与实现 有用符号周期影响载波数和编码延迟，较长的符号周期将导致载波数的增加 和计算复杂度的加大。载波数的选择取决于信道的带宽和有用符号周期，载波数 对应于f f t 的点数。在数字视频广播中，载波数可取数干，来传输高的数据率， 同时可以通过设置最优的保护间隔，减少保护间隔所导致的频谱的浪费。 电子科技大学硕士论文d v b t 信道解调器同步模块设计与实现 第三章d v b t 帧结构、信道编码与调制 数字电视的传输需要很高的数据率，如果采用传统的串行数据传输系统，不 仅增加了信道带宽，而且容易发生码间干扰，增加误码率。特别是当多径时延扩 展与传输数字符号周期处在同一数量级甚至高于符号周期时，符号间的干扰就较 为严重。此时信道的相干带宽小于传输信号的频谱宽度，则会造成明显的频率选 择性衰落。移动接收时，还会因为接收环境的时变造成衰落。要在现有的电视频 段内传输数字视频广播信号，尽管对信源进行了基于m p e g 一2 的压缩编码，数字 视频的数据传输率仍很大，因而需要采用高效的调制传输方案和高效的信道编码 技术。 d v b t 系统采用了编码的正交频分复用技术( c o f d m ，c o d e do r t h o g o n a l f r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 。c o f d m 技术用许多子信道并行传输数据，通 过采用并行传输方式将n 个单元码同时传输来取代通常的串行脉冲序列传输。 各子信道正交频分复用，大大扩展了子信道传输符号宽度，子信道的带宽小于相 干带宽，并采用多电平调制。c o f d m 具有抗多径和频率选择性失真，抗脉冲噪 声、频带利用率高，能实现移动接收等优良特性。结合高效的信道编码和时频交 织技术还能有效地对抗突发差错和a w g n 的干扰引起的随机差错。利用插入导 频能实现对信道响应的快速跟踪。 3 1d v b t 系统结构 d v b t 信道调制器结构框图如图3 - 1 所示。 图3 - 1d v b t 信道调制器功能模块框图 根据图3 - 1 所示的信道调制器功能模块，简要介绍d v b - t 系统帧结构以及 编码调制过程。 电子科技大学硕士论文d v b - t 信道解调器同步模块设计与实现 ( 1 ) 码流接口 能量扩散主要完成对输入码流用一个伪随机序列进行随机化处理。m p e g 一2 复用器( m u x ) 的码流以数据包的形式送入信道。每个数据包含有1 个同步字 节s y n c 和1 8 7 个数据字节。同步字节为4 7 h 。通过滑动校验同步字节s y n c 获得 码流的同步锁定，去除数据码流的抖动。对码流的伪随机化处理由p r b s 与码流 数据异或完成。为便于接收端解扰，每8 个传输包的第一个包的同步字进行求反 处理，即s y n c = b 8 h ，伪随机化是从8 个数据包的同步字节s y n c 后的第一个比 特开始进行，但在随后的7 个数据包的同步字节，伪随机序列发生器输出禁止， 让同步字节通过。这样，p r b s 的周期为1 5 0 3b y t e ，如图3 2 所示。当输入码流 中断或不是m p e g 2 码流格式时，p r b s 绁续进行，只要插入同步字节即可完成 加空包处理，而在接收端可识别全零的空包并将其删除。 l p r b s 周期= 1 5 0 3b y t e 。 随机化随机化 、 随机化 随机化 、 s v r l c ls y n e 2s y n c s 1 8 7 b y t e1 8 7 b y t e氐 18 7 b y t e 1 8 7 b v t eh 图3 2 同步字节和随机化数据字节 ( 2 ) 编码与交织 信道编码采用级联编码方式，顺序进行外编码、外交织、内编码、内交织。 外编码是缩短的r s ( 2 0 4 ，1 8 8 ，t = 8 ) 分组编码，有纠8b y t e 错的能力，在每 一个随机化的传送包上产生一个误码保护包。r s 码生成多项式及域生成多项式 由标准规定。r s 编码以后数据经过一个1 2 路移位寄存器构成的卷积交织器进行 字节交织。 内编码是卷积码，基于1 2 码率的主卷积码，系统可以通过截取与否选择1 2 、 2 3 、3 4 、5 6 、7 8 几种码率。传输中可以根据给定的数据率选择不同的误码保 护。内编码以后数据经过比特交织，然后符号交织，以期达到抗突发干扰，降低 误码率。 ( 3 ) 星座映射 信号调制采用可变映射星座的方式以适应不同数据率的码流传输。星座映射 有q p s k 、1 6 q a m 、6 4 q a m 、非均匀1 6 q a m 或者非均匀6 4 q a m 几种，采用 g r e y 映射，6 4 q a m 如图3 3 示。 电子科技大学硕士论文d v b - t 信道解调器同步模块设计与实现 一一7 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1010 1 0 l010 1 0 0 00 0 10 0 00 0 1 0 10 0 0 d 0 1 00 0 0 0 1 1 0 一 5 1 0 0 0 0 l1 0 l l1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 t0 0 j 0 0 10 0 1 0 i l 0 0 0 0 i l0 0 0 0 0 1 一 3 1 0 0 l o l1 0 0 1 i li o l l l l1 0 1 10 l0 0 1 1 0 10 0 t o l lf 1 0 0 0 1 l0 0 0 0 0 1 一 i 1 0 0 1 0 01 0 0 1 1 0 10 1 l l01 0 1 10 00 0 0 00 0 l l1 0 0 0 0 i1 00 0 0 1 1 1 0 _i tl r e iz i 35 7 一- l 0 1 1 10 00 1 1 00 t 0 1 1 0 0 1 0 l0 0 一3 0 1 1 1 0 10 1 1 1 l l 0 1 0 1 1 i0 1 0 1 0 i 一5 0 1 10 0 l o 0 1 l0 1 0 0 0 1 d o d l 一7 0 1 1 0 1 1 00 1 1 0 1 00 l0 0 1 00 10 0 0 0 图3 - 36 4 q a m 星座图 ( 4 ) 导频 一个o f d m 帧除了传输有效的数据信号外，还传输连续导频( c p c o n t i n u a l p i l o t ) 、分散导频( s p s c a t t e r e dp i l o t ) 。这些信号的调制由p r b s 导出，p r b s 序 列的生成参考图3 _ 4 。 初始化序列 1li1ll 11111 图3 - 4p r b s 序列生成示意图 为使参考信号具有较高的抗干扰性能，连续导频和分散导频以高于数据载波 平均功率3 d b 发射。连续导频在每一个o f d m 符号内的位置是固定的，分散导 频在符号内的位置随着o f d m 符号编号的不同周期循环，分散导频在符号内的 位置由式3 - 1 确定。 江= k 。“+ 3 ( 1 m o d 4 ) + 1 2 p j ( 3 - 1 ) 其中p ，k ，为非负整数。k k m m ，后】，i 【o ，6 7 】，p 是使k 【k 。，k 。】 的所有正整数( k m m 、k 。取值见表3 - 3 ) ，分散导频模式如图3 - 4 所示： 4 电子科技大学硕士论文d v b t 信道解调器同步模块设计与实现 图3 5 分散导频位置示意图 d v b t 传输模式分为2 k 模式和8 k 模式，在2 k 模式中，系统设定了4 5 个 连续导频子载波，在8 k 模式中，系统设定了1 7 7 个连续导频子载波。连续导频 位于表3 - 1 所列举的子载波上。 2 k 模式 8 k 模式 04 85 48 7 1 4 11 5 6o4 85 48 7 1 4 11 5 61 9 22 0 12 5 5 2 7 92 8 23 3 34 3 24 5 0 4 8 35 2 55 3 18 1 86 3 6 1 9 22 0 12 5 5 2 7 9 2 8 27 1 47 5 97 6 67 8 08 0 48 7 3 8 8 89 1 89 3 99 4 29 6 99 8 4 1 0 5 0 1 1 0 11 1 0 7 1 1 1 0 3 3 3 4 3 2 4 5 04 8 3 5 2 51 1 3 71 1 4 01 1 4 61 2 0 61 2 6 91 3 2 31 3 7 71 4 9 11 6 8 31 7 0 41 7 5 21 7 5 81 7 9 1 5 3 16 1 86 3 67 1 47 5 91 8 4 51 8 6 01 8 9 61 9 0 51 9 5 91 9 8 31 9 8 62 0 3 72 1 3 62 1 5 42 1 8 7 2 2 2 92 2 3 5 7 6 57 8 08 0 48 7 38 8 82 3 2 22 3 4 02 4 182 4 6 32 4 6 92 4 8 42 5 0 82 5 7 72 5 9 22 6 2 2 2 6 4 32 6 4 62 6 7 3 9 1 89 3 9 9 4 29 6 99 8 42 6 8 82 7 5 42 8 0 52 8 112 8 1 42 8 4 12 8 4 4 2 8 5 02 9 1 02 9 7 3 3 0 2 73 0 8 13 1 9 5 1 0 5 01 1 0 11 1 0 73 3 8 73 4 0 8 3 4 5 63 4 6 23 4 9 5 3 5 4 93 5 6 43 6 6 03 6 0 93 6 6 33 6 8 73 6 9 03 7 4 1 1 1 1 01 1 3 71 1 4 03 8 4 0 3 8 5 83 8 9 13 9 3 33 9 3 94 0 2 64 0 4 44 1 2 24 1 6 74 1 7 34 1 8 84 2 1 24 2 8 1 1 1 4 61 2 0 61 2 6 94 2 9 64 3 2 64 3 4 7 4 3 5 04 3 7 7 4 3 9 24 4 5 84 5 0 94 5 1 54 5 1 84 5 4 5 4 5 4 84 5 5 4 1 3 2 31 3 7 71 4 9 14 6 1 44 6 7 74 7 3 14 7 8 54 8 9 95 0 9 15 1 1 25 1 6 05 1 6 65 1 9 95 2 5 35 2 6 85 3 0 4 1 6 8 31 7 0 46 3 1 35 3 6 75 3 9 15 3 9 45 4 4 55 5 4 45 5 6 25 5 9 55 6 3 75 6 4 35 7 3 05 7 4 85 8 2 6 5 8 7 15 8 7 75 8 9 25 9 1 65 9 8 56 0 0 06 0 3 06 0 5 16 0 5 46 0 8 16 0 9 66 1 6 26 2 1 3 6 2 1 96 2 2 25 2 4 96 2 5 26 2 5 86 3 1 86 3 8 16 4 3 56 4 8 96 6 0 36 7 9 56 8 1 6 表3 - 1连续导频子载波位置 囝 o 屯子科技大学硕士论文d v b - t 信道解调器同步模块设计与实现 ( 5 ) 传输参数信令( t p s t r a n s m i s s i o np a r a m e t e rs i g n a l l i n g ) t p s 携带了o f d m 的系统参数，控制接收端正确解码，它包括以下信息： 星座映射信息，星座分级信息，保护间隔长度，内编码码率，传输模式，帧号， 蜂窝信息等。这些参数将在下一小节介绍。t p s 信息经过b c h 编码，并通过 d b p s k 调制，最大可能的减小传输参数的误码率。t p s 与连续导频一样在o f d m 帧内固定的子载波上传输。其位置如表3 2 所示。 2 k 模式8 k 模式 3 45 02 0 93 4 64 1 35 6 9 5 9 56 8 87 9 09 0 11 0 7 31 2 1 91 2 6 21 2 8 61 4 6 9 3 45 0 2 0 93 4 6 4 1 35 6 91 5 9 4 1 6 8 7 1 7 3 8 1 7 5 4 1 9 1 32 0 5 02 1 1 7 2 2 7 32 2 9 92 3 9 22 4 9 42 6 0 5 5 9 56 8 87 9 09 0 11 0 7 32 7 7 72 9 2 32 9 6 62 9 9 03 17 33 2 9 83 3 9 13 4 4 23 4 5 83 6 173 7 5 43 8 2 1 1 2 1 91 2 6 21 2 8 61 4 6 93 9 7 74 0 0 34 0 9 64 1 9 84 3 0 94 4 8 14 6 2 7 4 6 7 04 6 9 44 8 7 75 0 0 25 0 9 5 1 5 9 41 6 8 75 1 4 65 1 6 25 3 2 15 4 5 85 5 2 55 6 8 15 7 0 75 8 0 05 9 0 26 0 1 36 1 8 56 3 3 1 6 3 7 46 3 9 86 5 8 16 7 0 66 7 9 9 表3 - 2t p s 子载波位置 ( 6 ) 保护间隔( t g i t i m e g u a r di n t e r v a l ) d v b t 系统中在每个o f d m 符号间插入了长度可选的保护间隔t g i ，该保 护间隔由经过i f f t 变换后得到的有效符号的尾部数据复制得到。在不同的应用 中可以选取不同的保护间隔长度。只要保护间隔长度大于多径时延扩展宽度，能 够克服由于多径引起的符号间干扰( i s i ) 。 图3 1 中，输入o f d m 模块的数据为频域发送的数据，在2 k 模式中，共有 2 0 4 8 个子载波，其中1 5 1 2 子载波是信息子载波，4 5 个子载波为连续导频，1 4 3 个子载波为分散导频，1 7 个子载波携带t p s 信息，共有1 7 0 5 个非空子载波，除 此以外，在帧自适应模块中对每个符号加入3 4 3 个空的子载波，做为频域保护间 隔，共2 0 4 8 个数据进行i f f t 调制。8 k 模式中，共有8 1 9 2 个子载波，其中有效 子载波6 0 4 8 个，1 7 7 个连续导频子载波，5 6 8 个分散导频，6 8 个t p s 子载波， 1 3 7 6 个空子载波。 电子科技大学硕士论文d v b t 信道解调器同步模块设计与实现 3 2d v b t 系统参数 3 2 1 帧参数以及符号参数 d v b t 中的o f d m 符号采用分帧传输方式，每帧所占用的时间为t f ，包含 6 8 个o f d m 符号。每4 帧构成一个超帧。每个符号由k = 6 8 1 7 ( 8 k 模式) 或 k = 1 7 0 5 ( 2 k 模式) 个载波组成以t s 符号持续时间发射。符号持续