（微电子学与固体电子学专业论文）qam解调芯片中的自适应盲均衡电路设计.pdf

硕士学位论文 摘要 摘要 正交幅度调制( o a m ) 是目前数字有线电视信号的主要传送方式，通过有线传输线网( h f c ) 传播的过程中会因为信号的反射和衰减，使被传送信号产生畸变，为了在接收端完全恢复原发送信 号，就需要通过自适应均衡技术对传输信道进行补偿。本文简略介绍了d v b c 中的q a m 调制解调 系统。在此基础上深入研究了符合d v b c 标准的o a m 调制解调技术。文中分析了q a m 信号的特 点，阐明了信道年| i 噪卢对其影响，介绍了d v b c 中的q a m 解调系统的结构，明确了均衡电路模块 与其它模块之间的关系，深入研究了克服码问干扰( 1 s i ) 的自适应均衡技术。对自适应均衡的基本 原理和自适应掉法( 主要是l m s 利c m a ) 的推导及其性能、不同均衡器结构( 线性横向结构和判 决反馈结构d f e ) 及其性能都进行了较为详细的研究比较，选定c m a + l m s 两种可相互切换的d f e 结构均衡器。论文设计了d f e 结构均衡器的总体架构及其各功能模块、单元，即功能模块包含有数 据单元，抽头系数单元，乘加单元；总和计算模块；判决反馈模块包含有误差及判决单元，系数更 新量汁算单元。利用s y n p f yp m7 2v c s 仿真软 ，| ：对乘加单元、累加器及误差判决模块进行了逻辑 功能仿真。最斤，论文对设计的d f e 均衡器进行了部分优化，而且对其总体性能进行了评估，结果 表明符合o a m 接收解调系统中f e c 模块之前对均衡模块( 如s e r g ) 的要求。 关键词： 正交幅度调制( q a m ) ，白适应盲均衡，最小均方误差( l m s ) 算法，常模算法( c m a ) 判决反馈均衡器( d f e ) 硕二f 学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a tp r c s e n t ，q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u i a t e d ( q a m ) i sap r j m a r yt r a n s m i s s i o ni n o d ef o r d i g i t a l c a t vs i g n a l b e c a u s eo f 【h eh f cc h a n n e l si m p e r f e c t i o n s ，s u c ha sr e n e c t i o na n dn o i s ee t c ，q a m m o d u l a t e dc 汀vs i g n a lh a sd i s t o r 七i o n s i no r d e rt or e c o v e rt h e ”a n s m i t t e ds i g n a lt o t a l l yo nt h er e c e i v i n g e n d ，1 ec h a n n e is h o u l db ec o m p e n s a t e de 币c i e n l l yb ya d 8 p “v ee ( 王u a l i z a i i o nt e c h n o l o g y f l r s t l mt h j sp a p c rc o n c i s e l yi n t r o d u c c sq a mm o d u l a t i o n d e m o d u l a t i o ns y s t e mi n a c c o r dw 讧h d v b cs t a n d a r d ，a n dt h e nt h o r o u 曲1 yd e a l sw i t hq a mm o d u l a t i o n & d e m o d u l a t j o nt e c h n 0 1 0 9 yi na c c o r d w i t hd v b cs t a n d a r d i nt h i sp a p e lt h eq a ms 培n a lc h a r a c t e “s l i c sa r ea n a l y z e d ，t h ee f f e c to fc h a n n e la n d n o i s ea r ea l s oe x p o u n d e d q a md e m o d u l a t i o ns y s l e ma r c h i t e c t u r ei na c c o r dw i md v b - cs t a n d a r di s i n t r o d u c e dd e l a i l e d ly ，t h er e l a t i o nb e t w e e na d a p l i v ee q u a i i z c rm 【) d u l ea n do t h e rn 1 0 d u l e si sa i s od e n n c d t h ea d a p t i v oe q u a l i z a t i o nl e c h n 0 1 0 9 yo v e r c o m i n gi s i ( i n t c r s y m b o li n 【e r f e r e n c e ) i se x h i b i t e di nd e t a i l a n e r 【h eb a s j cp r i n c i p l eo fa d a p t j v ee q u a i i z a t i o n ，d i 仟色r c n ta d a p t i v ea l g o r i t h m ( 【h et t 蜘o ra l g o r i l h m ：l e a s t m e a ns q u a r e l m s ，c o n s t a n 【m o d u i ea l g o r i t h i n c m a ) a n dd i f f c r c n tt y p e so f 1 ea d a p t j v ee q u a l i z a t i o n s t r u c t u r e sa r ed i s c u s s e df u i ly ，t h ed f es t r u c t u r ea d a p t i v ee q u a l l z e lw h i c hu s c st h cm u t u a jt r a n s i 研m 甜 c m aa n dl m sa l g o r i t h m ，i sn n a l l yc h o s 印 n i sp a p e rc o n c r e 吲yi n t r o d u c e st h eg e n e r a ic 伽s t r u c t i o no fd f ee q u a i i z e ri l sf u n c “o nm o d u l e m a i n i yi n c l u d e st h r c ep a n s ：d a l ac e 扭p _ c o e 币c i e n tc e l l a n dm u l l i p l y a d d e rc e l l t h eo t h e rp r i m a r y m o d u i e sa r ea c c u m u l a t o le r r o rd e c i s i o na n dt 8 p _ c o c m c i e n tu p d a t e t h em u l t j p i y _ a d d c rc e l l ，a c c u m u l a t o r a n de r r o rd c c i s i o nm o d u l c sa r es i m u l a 【e dw i t hs y n p l - f yp r 07 2 ，v c ss i 删1 a t i o ns o t 【w a r e f i n a l ly ，t h ea b o v e c h o s e n a d a p t i v ee q u a i i z e r i so p 【i m i z e dp a r t i a l l y a n de v a l u a t e dt o 【a l l y ，t h e e v a i u a t i o nr e s u l t sm e e ti h ef e cm o d u l ed e m a n d s ( s e r 4 ) o fq a mm o d u l a “o n d e m o d u l a i i o n s y s l e m k e yw o r d s ： q a m ( q u a d r a t u r ca m p l i 【u d em o d u l a 【e d ) ，a d a p t i v ee q u a l i z e r ， l m s ( l e a s tm e a ns q u a r e ) c m a ( c o n s t a n 【m o d u l ea 1 9 0 r i t h r r o ，d f e ( d c c i s i o nr 圮d b a c ke q u a l i z c r ) 颂士学位论文学位论文独创性声刚和使用授权 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究： 作及取得的研究 成果。尽我所知，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，也不包含为获得东南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己在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名： 邋垫日 期：缨! 竺 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允影f ：论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生虢塑新繇馘日幽b 硕士学位论文 绪言 绪言 1 课题的提出 自从广。播电视诞生之日起，已经有了很多技术上的革新，而数字电视的出现则是广播电视从黑 白屯视到彩色电视巨大技术革新后的又一次飞跃式的“革命”，也是人们一直对高品质电视效果追求 的结果。数字电视是拍摄、编辑、制作、播出、传输、接收等的电视信号橘出和接收的全过程均使 用了数字技术。电视技术的数字化被认为是信息高速公路发展的一个不可或缺的组成部分，而且具 有十分广阔的市场潜力。国外公司意识到数字高消晰度电视技术复杂度高，产业规模大竞争风险 太，在操作层而上采取了战略台作的方式。如美国早! | ：| 的”大娃盟”，英国的”数字电视集团”等。这 些集团庄完成联合研究开发的同时，说服政府和广播者对其支持，同时协调相关产业( 计算机和通 信等专业领域) 共同发腥的关系。总之，i u 认为国际上发达国家的产、j k 内部已形成保护其发展的基 本规则，使发达国家的【u 视产业可以从容应列数字高清晰皮电视这场革命性的产业变革。 l b 视列于当今任 口j 国家来说，都是最重要的消赞电子产品。数字高清晰度电视在发展初期怕高 昂费川使很多人预计其市场应川是1 0 年到2 0 年之后的事情，但近年技术上的进展，特别是数字编 码、数字传输、集成电路和显示器什等方面的实用技术突破，已健在5 年历逐步形成世界范围内的 数字高清晰度电视市场成为可能。两方主要1 业国家关。r 数字电视的产业技术准备和商业准备已基 本完成。 我国电子信息行业中，消费电子及其上游配套产业l 灯有重要地位。目前我国消赞电子行业的现 状烂总最大，而结构不尽台理，尤其关键技术掌握诅：国外企业手中，导致关键部件组俐等基硎门一业 技术薄弱。在日前知识经济条件f ，一个重要特征魁，掌握核心技术的外国企业通过对产l 射q 成中 的知识产权部分收取”许可证”费刚，来获取知识收益。这将使国内企业在数字化竞争中处于不利地 位，重蹈成为国外产- 铺装配厂的覆辙。因而国内数字电视相关产业单位必须尽快有效学握数字电视 的关键技术( 例如：集成电路等) 促使国内家电企业在新轮消费电子市场的争夺中5 据定优势， 避免巨大的消赞l 小n 订场被国外产品所充斥。 因此，为了避免这种状况的发生，我国政府和相关部门近年米开始十分重视数字电视的相关标 准和核心技术的制定及研发，随着我国数字电视系统技术日趋成熟，取得了许多令人鼓舞的成果， 但在数字电视解凋接收芯片的设计方面仍然进展较馒，东南大学国家专用集成电路： 程研究中心于 2 0 0 3 年7 月设立了“数字电视正交幅度调制( q a m ) 解调接收专用芯片s e j 6 6 0 8 ”研发项目组，到 目前为= = 项目已取得了很大进展。 本课题是“q a m 解凋接收专用芯片s 口6 6 0 8 ”设计的一部分，q a m 解调接收专用芯片处于数 字l 电视接收系统的后、1 1 端，负责将前端的数字电视调谐器下变频到中频通过解凋接收专川芯片的 处理得到m p e g 输出信号。此芯片解凋后输山的码流是符合d v b c ，i t uj 8 3 一a 和i t uj 8 3 c 的标准。 q a m 凋制电视信号通过有线传输缆传橘的过程中会冈为信号的火量反射和衰减使发送的信号产 生畸变，为了在接收端完全恢复原发送信号，就需要对信号传输信道进行有效的补偿，这就得利用 信道均衡器。因此，对于符号率从0 8 7 m b a u d 到1 1 7 m b a u d 的q a m 解调接收专删芯片中的全数字 硕十学位论文绪言 信道均衡模块的设计是比较关键的部分之一，无疑也是一个难题。本课题的任务就是通过对白适应 均衡技术理论的深入理解，在实践方面做些具体实质性的探索。下面简要介绍一下自适应均衡技术 的应用和发展状况。 2 自适应信息处理技术发展概况 随着信号处理学科领域理论与技术的不断进步，自适应信息处理己成为信号与信息处理学科一 个新的重要分支，已涉及到现代各个技术领域的应用，其本身随着应用也得到了很大的发展。目前， 已应用的重要领域有：( 1 ) 通讯。具体涉及到自适应信道均衡、自适应特征提取、自适应数据压缩、 自适应编码及自适应滤波等，还有基于多媒体技术图像、语音数据的白适应压缩编码。( 2 ) 多维白 适应处理及目标的快速臼适应识别、系统的快速自适应检测与辨识。这些在机器人的视觉、制导及 测控等方面有着十分重要的作用。( 3 ) 雷达信号处理中的白适应波束形成、白适应电子扫描等。 在这些广泛麻用的过程中及基础上，自适应信号处理理论及技术本身也得到了发展。具体有： ( 1 ) 白适应信号处理技术种类的发展，从最初的自适应滤波到自适应谱估计、白适应控制等。( 2 ) 白适应系统的结构越来越复杂多样，性能也越来越优越。( 3 ) 自适应算法也得到了发展，出现了各 种各样的改进算法和新的算法。( 4 ) 多维自适应理论及技术的建立与发展，使自适应信号处理从一 维发展到多维。 3 自适应均衡技术在q a m 调制解调系统中的应用 在实际的通信系统中，基带传输系统不可能完全满足理想的波形传输无失真条件，比如：q a m 调制系统，这是一种高效的数字调制方式，已经越来越多地被运用在多媒体数据通信系统中，如符 合d v b c 标准的数字电视系统。然而码间干扰( i s i ) 是影响数字信号传输可靠性的一个主要因素。 i s i 会使得一个数据流中数据彼此影响，从而造成信号的失真。为了克服i s i 引起的失真，在一个 通信系统中常常使用称之为信道均衡的信号处理技术。均衡技术通过使用滤波器及其它处理技术米 重建原始发送的信号，去掉i s i 的影响，从而提高数据传输的可靠性。2 1 3 4 1 i s i 存在于不同的通信系统中，并且其产生的原因也各不相同。在本论文中，主要是研究如何 利削自适应均衡技术米消除有线信道中传播的q a m 调制信号的码间干扰。具体说，由于q a m 信号在 同频段上传输两路数字信号的前提是必须保证其正交性不被破坏，即要求信道传输函数具有对称 性，而实际信道不可能完全对称，闻此，q a h l 接收解调后的基带信号会产生码间串扰年ii 、q 两支路 的互扰，在这种情况下，利用白适应均衡技术可以有效地克服由于i s i 所引起的信号失真。 4 论文的大纲 第一章，讲述数字凋制的基本概念、模型及方式，特别详细介纠了d v b - c 的m o a m 渊制解凋系 统中有关d v b c 的m q a m 凋制解凋技术。 2 硕士学位论文绪言 第二章，介绍了数字通信系统的均衡和白适应均衡原理。在自适应均衡的算法方面，对盲均衡 算法与自适应算法进行了较详细地比较研究，并介绍了算法的基本依据的准则。本章着重研究了l h i s 和c m a 这两种算法。在自适应均衡器结构方面，着重介绍了线性横向滤波器结构和判决反馈结构。 这章主要为选择自适应亩均衡器设计方案提供了理论依据。 第三章，通过前面章节的介绍与理论分析研究，本章先介绍了q a m 解调芯片的基本结构及性能 指标：给出了本文设计的d f e 均衡器的总体架构羽j 适合q a m 解调的自适应均衡器算法，即c h i a + l m s 算法：对d f e 均衡器的各功能模块、单元即功能模块包含有数据单元，抽头系数单元乘加单元； 总和1 计算模块：判决反馈模块包含有误差及判决单元，系数更新量计算单元的设计做了说明，而且 对其中主要的模块单元：乘加单元、总和计算模块和误差判决单元进行了逻辑功能仿真。 第四章，对设计的d f e 盲均衡器中复数均衡器算法和f f e 前馈均衡器电路进行了优化，减少了 电路面积和功耗；然后主要对d f e 均衡器做了总体的性能评估：本章最后给出了设计结果。 硕士学位论文第一章d v b c 叶的m q a m 调制解调系统 第一章d v b c 中的q a m 调制解调系统 数字通信与模拟通信相比较，在很多方面均优于模拟通信。因为在数字通信中，数字传输抗噪 能力强，尤其在中继时，数字信号可以再生而消除噪声的积累：传输过程中的差错可以控制；数字 信息易于加密且保密性强等；特别是现在已能运用前向误码校正( f e c f o n a r de r r o rc o r r e c t i o n ) 防止由于突发噪声引起误码，这就为数字通信的发展开辟了新的前景。但是，数字通信也存在着一 定的缺点，主要是占用频带宽，所以，在较长一段时间内很少用丁广播电视领域。 数字电视出现后，虽然在许多方面对电视制式进行了改进，在电视领域里也应片j 了一些数字技 术但是从7 0 年代中期至1 9 9 0 年7 月所提交的数字电视制式中只有模拟传输方式，1 9 9 0 年7 月， 美国第一个全数字电视制式作为提案提交给了f c c ( 美国联邦通讯委员会) 。于是，数字调制技术也 随之引入到电视领域。 在数字电视中，数字传输方式必须要处理的是由于数字编码而产生的高数据率，一个高清晰度 电视信号在每个取样点8 b i t 数字化后产生的数据量接近l g b i t s s 。儿年前出现的图像压缩技术已 能在信源编码处将数据率压缩到1 7 m b i t s s ，从而出现了全数字电视。 1 1 数字调制的基本概念、模型及方式 1 1 1 数字调制的基本概念、模型 通常数字调制中的原始基带信号是低通型的，只适用于低通信道；但是，对于带通信道，直接 传输基带信号是不可能的，必须用基带信号对载波波形的某些参数进行控制，使这些参数随基带信 号的变化而变化，形成频带信号即调制。在接收端把频带信号还原成基带信号的反变换过程称为 解调。通常将数字调制和数字解调统称为数字调制。此外，数字调制的目的还在于实现多路复用， 完成频率分配和减少噪声干扰。图1 1 为数字调制传输的系统框图。 图1 1 数字调制传输系统框图 从i 划1 1 可以看出，在发送端调制之前和接收端解调之后仍有基带传输部分，如果把调制器到 解调器之问看成是广义信道，任何数字载波凋制系统都可以等效为基带传输系统。认蚬到这点对1 二 深刻理解基带传输系统十分重要。 4 硕士学位论文第一章d v b - c 中的m q a m 调制解嘲系统 受阑载波的波形从原理上讲可以是任意波形，只要已调信号适于媒质传输，并且各路信号能够 相互区分即可。但实际上，大多数数字通信系统中都采用正弦信号作为载波，这是因为正弦信号形 式简单，便丁产生和接收。由于正弦信号有幅度、频率和相位3 个参数携带信息，因此可以构成调 幅、调频和调相3 种基本形式，在二进制的情况下即振幅( a s k ) 键控、频移键控( f s k ) 和相移键 控( p s k ) 。 数字调制技术根据一条信号的频谱结构可以分为线性调制和非线性调制。在线性调制中，己调 制信号的频谱结构和基带信号的频潜结构相同，只不过搬移了一个位置。在非线性调制中，己调制 信号的频谱结构和基带信号的频谱结构不同，不是简单的频率搬移，而且有新的频率成分出现。a s k 属于线性调制，而f s k 、p s k 属于非线性调制。线性调制的优点在于占用频带小，实现电路较简单， 但与1 f 线性调制相比易受信道传输电平变化的影响，抗噪声能力差。 1 1 2 数字调制的方式 数字调制与模拟调制本质没有什么不同，同属于正弦波调制。但是，数字调制是调制信号为数 字型的正弦波，而模拟凋制则是调制信号为连续型的j l ：弦波调制。数字调制最初用于电话调制解调 器和卫星数据传输中。虽然在这两方面运_ l = i j 的带宽范围从音频到十几删z ，但它们运用的原理相同。 在数字电视中使用的原理也样，只是数字电视需要的数据率高，经过压缩和误码校正后大约 2 0 i b i t s s ，再加上限制了它的射频带宽为6 z ，所以必须充分利用信道。现在的有线电视网络即 混合光纤同轴网络( h f c ) 一般由传统的c a t v 改造而来，但是它只在干线上采用光缆，分配网和用 户引入仍是同轴电缆，故可利用的频带宽度最大只有1 g h z ，靠这1 g h z 带宽来提供数字电视、视频点 播( v o d ) 及高速i n t e r n e t 接入等业务是非常有限的，因此必须采用具有非常高频带利用率的调制 解调技术。另外考虑到有线信道中的噪声影响，采用抗干扰能力强的调制方式也是很必要的。 数字调制方式有二进制数字调制和m 进制数字调制方式( m 2 ) 两种。因为m 进制数字调制系统 具有如f 两个特点：第一。在相同的信道码元传输速率下，m 进制系统的信息传输速率显然比二进 制系统高：第二，在相同的信息速率下，由于m 进制方式的信道传输速率可以比二进制的低，因而 m 进制信号码元的持续时间要比二进制宽，显然码元加宽，信号码元的能量就会增加，也能减少由 于信道特性引起码问干扰的影响等。基于这些特点，在4 个数字电视系统中，有三个系统采用了 m - q a m 。，所以，本文仅在下面重点介绍d v b c 的m q a m 调制解调技术。 1 2 d v b c 中的q a m 调制解调技术 正交幅度调制( q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n ，q a m ) 是一种高敬的数字调制方式，已广泛 应刚于各种通信系统中数字有线视频广播( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n gf o rc a b l e ，d v b c ) 标 准规定数字电视忸日中的声音和图像都采川m p e g 一2 帧来传送，凋制方式就采削q a m 调制。幽1 2 是：肖 目发送端处理： 目的结构原理图。4 1 5 1 7 卜9 1 硕士学位论文第一章d v b - c 中的m q a m 调制解调系统 。一1 m p e g 88r s 编88 m 一2 数 乒 同步极性 码 手 交织 千 字节到 扣 差分 芦 发送 dq a i i 据流翻转和随 i = 1 2 m 位符基带 的产机化 ( 2 0 4 。编码调制 1 8 8 ) j = 1 7 号映射滤波 生 一一 出 图l _ 2d v b c 的数字有线电视系统发送端方框图 m p e g 一2 数据和时钟先经过基带物理接口进入电缆前端，接着将m p e g 一2 帧第一字节倒置并随机 化，目的在于实现同步和便于在接收端恢复载波。降低误码率是通过r s 前向纠错编码来实现的，在 1 8 8 字节为一帧的m p e g 一2 数据包中加入1 6 字节的纠错码再进行深度为1 2 字节的卷积交织，采用这 一措施后可以将误码率从1 0 _ 4 降低到l o 。o lo - “。在进行q a m 调制前还要将字节映射为符号、进行 差分编码、基带波形形成，最后经过q a m 调制器和射频物理接口把载波信号发送到电缆上。下面作 详细说明。 ( 1 ) 基带接口和同步：该单元将数据调齄为信号传送帧，帧结构与带同步字节的m p e g 一2 帧一致。 ( 2 ) 同步l 倒相和随机化：根据m p e g 一2 帧结构，将同步1 字节倒置。另外为了得到一个便于在有 线电缆信道上传输的信号频谱和l 在接收端恢复出信号时钟，另外还要对数据流进行随机化。图 l t3 是m p e g 一2 帧结构及随机化后的结构图。 ( a ) m p e g 一2 传输复用数据包帧结构 ， 1 1 7 l， 同步l同步2 ， 同步8同步1 倚l 冒 r r r 倒霄倒置倒簧 ( b ) 随机化后的m p e g 一2 数据流 图1 3m p e g 一2 帧结构示意图 伪随机二进制序列发生器采用的多项式为 随机化过程如图1 d 所示，例如一序列1 0 叭0 1 0 l o 0 0 0 0 0 0 进入伪随机二进制序列寄存器，前八 个传输数据包将被随机化。在这一组八个数据包中t 第一个数据包的m p e g 一2 同步字：仃山4 7 。被倒 6 厂，l 硕士学位硷文第一章d v b c 。p 的m q a m 稠制解调系统 置为8 8 。，这样做的目的在于为在接收端处进行恢复出原始数据时提供原始信号。 从伪随机二进制序列寄存器输出的第一位将紧随m p e g2 数据包的倒置同步字节( 例如b 8 ) 之后。其他七个m p e g 一2 传输数据包不进行随机化，但为了达到同步的目的，为随机二进制序列寄存 器仍在工作，只是输出无效而已。需要说明的是当传送数据不符合q a m 调制及m p e g 一2 传输格式时也 要进行随机化。 图1 4 随机化过程概图 ( 3 ) 里德一所罗门编码( r s ) ：完成随机化后将对数据流进干亍r s 纠错编码，采用这一编码后可以 大大降低误码率，但也增加了无用字节从而降低了有效传输速率。r s 编码发生多项式为： 暑( z ) = ( z + 卯) ( x + 五) ( z + 丑2 ) ( z + 丑”) 这里 = 0 2 。 ( 1 2 ) 编码后m p e g 一2 帧由原来的1 8 8 字节增加到2 0 4 字节，帧结构图如图所示： 1 司步1 或 r r s 同步n 1 8 7 字节 ( 2 0 4 1 8 8 8 ) ( a ) r s 编码保护数据包 ， 同步1 或 同步1 或酬步l 或 同步n 2 0 3 字节 i 司步n 2 0 3 字节 同步n ( b ) r s 编码后的m p e g 一2 数据流 图1 5r s 编码 ( 4 ) 卷积交织：完成纠错编码斤，就要进行如图1 6 所示的深度为，= 1 2 的卷积交织。卷积交织过 群是以f 0 r n e y 近似( f o r n e y 近似与r a m s e y 兼容) 为基础。交织器由十二个分枝编成，每 一个分枝都是一个先进先j i 寄存器并靠转换开关循环的与输入字h 流相连。同样为了达到同步 的目的，同步字一竹总是进入o 分枝。 硕士学位论文 第一章d v b c 巾的m q a m 调制解润系统 图1 6 中的m = j v ，= 1 7 ，= 2 0 4 是错误保护帧i 圭度，= 1 2 是交织深度。 一 图1 6 交织和解交织原理图 ( 5 ) 字节到符号的转换：根据m 进制q a m 的要求，需在调制解凋之前将二进制基带信号转换为 m 重符号。设将字节v 映射为符号z ，符号的最高位来自于字节的最高位，相应的下一位符 号的有效为来自于字节的下一位有效位。对于2 一q a m 调制来讲，把k 字节映射为n 个符号 的按下面式子计算： 8 k = n m ( 1 3 ) _ 【| j 比较典型的6 4 0 a b i 为例说明，很明显6 4 = 2 6 有m = 6 ，所以按上式算得二组共2 8 个字节被 映射为四个符号，每一符号6 位( 这里n 一4 ，k = 3 ) 示意图1 7 如下： 从交织来 的字节 从差分编码 来的字节 手节v罕节v + l i 字节v + 2 l n ，n sn sn 孙z i “- n 叭，“ee 铋t n zn “t “e i n 仙zn t ill b 5b b 3b 2b 1b 0b 5b d b 3b 2b lb 0b 5b d b 3b 2b lb 0b 5b db 3b 2b 1b o i ， i ，i 一l 。，一 图1 7 字h 剑符号的映射示意图 ( 6 ) 著分编码和调制：系统采用的调制是q a m ，它是一种对载波振幅和相位联台调制的一种方 式。为了避免q a m 信号经信道传输而引起的接收端相位模糊问题，必须在q a m 调制之前 对映身寸后的符号进行筹分编码。如图1 8 所示，每一个符号的最高两位有效位a 。、b 。进入 著分编码器中进行编码编码采用的布尔表达式为 8 硕士学位沦文第一章d v b 1 | = 】的m q a m 调制解稠系统 。= ( ao 盈) ( ao ，。) + ( ao 蛾) ( ao 幺一) 珐= ( ao 纬) ( 反o g 一) + ( ao 峨) ( 砬o j 。) ( 1 4 ) 式中：其它位不变直接与编码后的，。、g 一起经串，并变换分成i 、q 两支路基带信号，送往 调制器。 来自卷积交织器 q 比特【b 叫b 。) 字节到串并变 符号的换的映 变换 峨2 岛一幺 射 1 差分编码r = ： a | = m s b l q = 2f o r1 6 q a m ，q = 3f o r3 2 q a m ，q = 4f o r6 4 q a m 圈l _ 8 差分编码框图 前面已提过o a m 是一种联合振幅、相位调制方式，其振幅和相位都能携带信息因而具有很高 的频带利用率。由于已调信号的振幅、相位均有不同的取值，故其星座圈的结构形状可咀有许多种， 如圆形、三角形、矩形、六角形等。对于具有相同的m 进制q a m 信号来说，由于星座图不同，各点 之间最小距离也不同，因而相应的调制方式会有不同的误码性能。d v bc 标准规定数字有线电视系 统中采用1 6 3 2 6 4 1 2 8 2 5 6 q a m 的调制方式，其中常用的有1 6 3 2 6 4 1 2 8 q a m ，d v b c 标准给出了所 采用的1 62 5 6 q a l i i 信号星座图，在图1 9 中1 6 6 4 2 5 6 q a h l 呈正方形，而3 2 1 2 8 q a h i 呈十字形。 q g = 1 0 lq 2 0 0 0 0 1 00 0 1 1 oo oo o oo 秽省1 1 8 1 拶o攀笤o 1 0 1 0 l 0 1 l l o o oo ，。g = 1 lj 蛾= 0 1 1 6 0 a i 9 q l o l1 0 0 l l0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 ：l o oo o o ，。q ：0 0 1 0 0 1 01 0 1 0 l1 0 0 0 l 0 0 1 0 00 0 1 0 10 0 l ll oooooo 1 答苫o1 拶oo 留0 0 咎8 “ 1 1 0 l l 1 1 0 0 11 1 0 0 00 1 0 0 0 叭1 0 00 1 1 l o ooo o0 o i 1 岩1 6 0 扩 0 1 0 0 l0 1 1 0 l0 l 叭0 o o o t - 1 1 ，艿。岂”。艿10 8 “ 坦：0 1 硕士学位论文 第一章d v b c 中的m q a m 凋制解稠系统 0 1 0 0 i i l ooooo ooo 见： j 。凸= m oooo。苫”訾“掣”苫” o ooo。鬯”o 艿“鼍”苫” 1 掣”省”1 嚣”铲。芎”铲省“鼍” oooo。分。酱”。笤”。笤”i oo oo o oo o o oooo oo o ，i 皿= o l ”扩1 岩”1 旨1 6 呻“野邮嚣”o 岩”o 岩” o l i o 1 0 l lo 1 0 1 1 0 1 0 l o ，口= 1 0 o oo o “： l 1 0 0 01 1 0 0 l l o l 0 0 0 o ooo 姗0i 0 1 1 0 l 0 1 0 0 】0 0l 】1 0 l o o ooo o 1 芍o 8 “1 8 2 ”1 崔。1 苎“ 0 0 0 1 00 0 0 o l 0 1 1 00 l l l o0 l l i l o o o oo o 嗍00 0 0 1 0 1o o l o l o o l 0 1 1 0 l o o o oo o i ，。n = l l，a t = 】l 1 2 8 0 a m i 苗。笞1 省1 妒：訾笞1 霉1 酽 留。省1 翟”富。io 旨岩1 管爿。 嚣。占1 占1 省。：孑省1b 1 占o l “2 i 1 嚣”孑1 笤1 铲i “酽旨11 掣守 。 1 乎占1 笤1 酽：1 8 。髫1 等1 旨o 1 秽嚣1 岂1 岩o l 拶岩11 8 1 茜。 书。苔1 岩封。l 訾省1 鼍1 舻 。j 酽留，笤，铲：。弓”省，葛- 秽， oo oo i oooo i 2 5 6 0 l l 图1 91 6 3 2 6 4 1 2 8 2 5 6 q a m 星座图 从图上可以看出每一个象限的信号向量都可靠改变其其他象限蛀高两位有效位，并旋转整数倍 三角度来获得。例如1 6 q a m 星座图中，信号向量o o l 。塌高两位有效位0 0 改为1 。并旋转罢就得到 了1 0 1 0 信号向量，如果改为1 1 并旋转石就得到1 1 1 0 信号向量，同样可以得到0 1 1 0 。这是采用差 分编码的结果。表1 1 给出了星座图旋转说明。 表1 1 星座酬旋转说明 象限最高有效位 其他有效位旋转 10 0 21 0 + 石2 31 1+ 万 1 0 l 3 石2 0 碗十学位论文 第一章d v b c 中的m q a m 调制解调系统 q a m 信号可以在正交调制电路中两个支路的正交载波受幅度离散的基带信号进行的双边带抑制 载波的振幅调制获得。下面为1 6 0 埘具体说明。图l _ 1 0 为q a m 调制原理图。 1 支路 “”。肾 ，蚤 篙嚣骱唧信号 c o s 娃f 基带形成 滤波器 带通滤波 器 功率放大 器 图1 1 0q a m 调制原理框图 经过差分编码后的一路速率为的二进制基带信号先进入并串转换器，被分为两路速率为 乩，2 的两路基带信号。i 、q 两路信号分配原则为交替分配如对于一路随机二进制信号 “1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 被分为两路：1 支路为1 1 1 0 0 1 1 l ；q 支路为1 0 0 1 0 0 0 1 。并串转换完成后，i 、q 两支路信号分别进入2 j l 屯平转换器，由二电平信号变为四电平信号，采用白然码。基带信号的 矩形脉冲波形是不利于有线传输的，因为矩形脉冲占用频宽为无限，而有线信道一般为低通带限信 道。基带形成滤波器正是通过滤波器将矩形脉冲转换为合适有线信道传输的升余弦脉冲波形。d v b - c 要求通过滤波器得到的升余弦波形滚降因子为口= 0 1 5 。得到四电平的基带信号后，再经相加就得 到了q a h i 信号。带通滤波器可以滤出信号频带以外的噪声，最后经功率放大器将信号放大使其能有 系统要求的足够的信号功率。 q a m 信号的表达式可写为： s 洲= ac o s ( 啦f + 纯) = x c o s q 卜一ks i n 婢f 女= 1 ，2 ，3 m o r l ( 1 - 5 ) 式中：a = 瓣；纯= 喀一1 ( x 。k ) ；l 是符号宽度。 q a m 信号到达j = l ；i 户接收端后首先经射频物理接口，再到模数转换器( a d c ) 到达0 a m 解调器进行 解调。解调采用相干解调法，关键技术在丁载波恢复，q a h i 解凋原理如剀1 1 1 所示。政经传输后q a m 信号产生相移为砂正交载波从q m 信号中提取后，分别与q a m 信号相乘得： 1 支路： x 。c o s ( 心f + 妒) + ks i n ( q f + 妒) c o s ( 婢f + 庐) 硕士学位论文 第一章d v b c 中的m q a m 调制解调系统 = 兰也+ 三 c 啦( 哎，+ 妒) + 如s i n z ( 皱r + 妒) e ， q 支路： x 。c o s ( q f + 庐) + ks i n ( 心f + 妒) s i n ( q f + ) = 吉虮一丢y 。c 。s 2 ( 掣+ 妒) + 昙 s i n2 ( 吧h 妒) ( 1 7 ) 相乘后的信号再通过低通滤波器滤掉高频部分得到i 、o 两路电平数为l 的基带信号( 对于1 6 q a m 信号来说是四申平) ： 1 支路： q 支路： 1 互以 1 j y t ( l8 ) ( 1 t9 ) 图1 “q a h i 解调原理框图 由于信道畸变和噪声会引起较高的误码率，必须在对信号判决前用匹配滤波器和均衡对i 、o 两路基带信号进行波形失真的恢复。经过均衡器对受损信号的均衡，然后经判决器、三一2 ( l = 4 ，1 6 0 a m ) 电平转换后，最后由并串转换得到原始数据。解调完成后，还要进行差分解码、符 号到字节的映射、解卷积交织、r s 解码、同步第一字节雨倒置、解扰，才能从基带物理接口得到数 据和时钟。如图1 1 2 为d v bc 的数字有线电视系统接收端方框图。 ii 囊 鬻 灌滋 m 口 信号的 888解扰 j 1 一0 a m 舌 差分 多对一 手 解交织 扣 r s 解 声 及同 解调0和均衡 j 0 ；i ! 码 映劓 码 步字 节l 翻转 l 图1 1 2d v b c 的数字有线电视系统接收端方框图 船e g 一2 的数据 输山 硕士学位论文第二章自适应均衡技术基础 第二章自适应均衡技术基础 正交幅度调制( q a m ) 是目前数字有线电视信号的主要传送方式，通过有线传输线网( 肝c ) 传 播的过程中会因为信号的反射和衰减，使被传送信号产生畸变，为了在接收端完全恢复原发送信号， 就需要通过自适应均衡技术对传输信道进行补偿。 2 1 均衡的概念及方法 如果信道的特性是己知的，则可以通过精确设计接收和发送滤波器就可以达到消除i s i 及使噪 声影响最小化的双重目的。但是实际的信道特性既不可能完全知道，也不可能保持恒定不变，同时 由于实际的接收耵i 发送滤波器不可能理想地实现晟佳系统要求的传递函数，所以实际的传输系统总 不可避免地存在不同程度的i s i ，因此，需要在接收系统中增加一个可调的滤波器用以矫正或补 偿这些失真。均衡技术是对接收系统中的线性失真进行矫j t 。均衡模块应接在接收系统的线性部分， 在解调接收系统将调制信号转换为基带数据后，均衡模块通常接在接收部分的取样判决模块之前。 线性失真包括幅度失真( 或衰减失真) 和相位失真( 或群延时失真) 。对于数据传输而言，这些失真 的主要危害是引起波形畸变，从而产生i s i 。均衡主要有两个基本途径，即频域均衡和时域均衡。 由丁额域均衡只能均衡时变信道的幅频特性，而不能有效地均衡群时延特性，在数字信号传输中一 般不采用；而时域均衡是直接从时间响应考虑，使包括均衡模块在内的整个系统的冲激响应满足无 i s i 的条件。均衡器可分为预制式( 需训练序列) 和白适应均衡器。8 1 1 0 1 2 1 1 数字通信系统的均衡基本原理 一个数字通信系统可以分为三个主要部分：发射机，信道和接收机。图2 1 所示为数字通信系 统框图。 料悃 r l 蛔母龄 信道n t ) 图2 1 数字通信系统框图 发射机从数据源得到数据，送入脉冲成型滤波器，然后将其调制到一个载波信号上。经过调制 的信号被送到信号中进行传输。信道限制信号的传输带宽，并在信号中增加了噪声。在接收机中对 信道的输出进行了解调，形成了基带信号。基带信号通过匹配滤波器，并以符号率进行采样。采样 信号被送到判决器，对接收信号进行判巩，由于调制和解稠可以被近似地石成线性设备，所以可以 】；_ j 复包络表示基带符号；均衡器通常都是在基带进行处理，因此，这样表示将会使系统模型大为简 化。通过这种表示，稠制器、解凋器可以和信道合并在一起，组成一个系统模块。这个模块有个 1 3 硕士学位沦文第二章自适应均衡技术挂础 滤波器利一个基带噪声发生器组成。当一个数字信号系统中包括均衡器时，均衡器的操作将是针对 接收机匹配滤波器输出的抽样进行的。大多数均衡器的抽样间隔等于符号问隔。当然还有其它一些 滤波器的抽样速率是符号率的分数，在这样的系统中，匹配滤波器