（信号与信息处理专业论文）基于am广播信道的带内复合传输.pdf

东南大学博士学位论文 q ic h e n - h a o s u p e r v i s e db y p r o fw ul e n a n s c h o o lo fi n f o n n a t i o ns c i e n c ea n d e n g i n e e r i n g s o u t h e a s tu n i v e r s 毋 a p r i l2 0 1 0 东南大学博士学位论文 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工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已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：宓2 量醛 日期：叠出：量：! 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，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电子信息形式刊登) 授权东南大 学研究生院办理。 i - 研究生签名： 东南大学博士学位论文 6 摘要 摘要 随着数字音视频技术和消费类电子产品的发展，模拟广播已无法满足人们对声音质量和附加数 据业务的需求。欧洲的d r m 标准和美国的i b o c 技术，实现了模拟a m 广播的数字化。考虑到国 情和数字化升级改造的成本，本文着重研究了可向下兼容现有a m 广播带宽、模拟a m 广播发射机 和普通a m 收音机的带内复合传输体制和系统，主要包括： l 、在现有的模拟a m 广播框架下，提出了带内复合传输的方案，可不改变载波包络传输模拟音 频的基本性质，利用载波相位调制数字信息；或者更进一步，用基带o f d m 信号代替模拟音频对数 字调相载波进行d s b a m 调制，以“数字边带”加“数字载波”的方式实现了a m 频段“带内同频” 的全数字化传输。 2 、重点分析了e b p s k 调制与解调方式，用于实现复合传输系统的“数字载波”。讨论了其采 用二阶锁相环解调时鉴相器的输出结构，通过建立锁相环的线性化模型，对比分析了不同阻尼系数 的相位阶跃误差响应和矩形相位误差响应，推导了理想状态下鉴相器输出波形的表达式，在包含窄 带高斯噪声的条件下研究了e b p s k 信号解调的最佳积分限取值和载波恢复中的输出相位噪声方差。 3 、作为e b p s k 的拓展，发明了正交u b s k 调制和m p p s k 调制，前者利用i 、q 两路载波的正 交性将e b p s k 调制从二进制推广到四进制；而后者通过控制正弦载波相位跳变的位置，将e b p s k 调制从二进制推广到m 进制，二者均可进一步提高e b p s k 调制的频谱利用率。 4 、在此基础上，结合美国的i b o c 标准并分析国外的包络、相位复合调制研究进展，依次提出 了模拟音频与a k 、o f d m 与v m a k 、模拟音频与e b p s k 、o f d m 与e b p s k 等4 套复合传输 系统，包括“模拟边带数字载波”和“数字边带数字载波”的组合各两套，给出了每套系统的具体 实现及其误码率性能，并结合美国f c c 规定的发射功率谱掩模要求，分别采用b l n t e 刑o m l 滤波器 和w a l k e rq 值滤波器对发送信号滤波，讨论了滤波器不同阶数及q 值对系统性能的影响。 5 、考虑到a m 广播的多径特性，重点研究了复合传输信号中“数字边带”即o f d m 信号部分 采取的信道估计技术。结合e t s id r m 标准分析了a m 广播信道的多径效应，考虑到实际信道普遍 存在的稀疏性，应用m p 、o m p 和s p 等压缩感知算法进行信道估计，大大降低了导频数目，提高 了频谱利用率，并通过分析导频的排布指出利用压缩感知算法精确估计信道，所需要的最少导频数 目是信道稀疏度的2 倍。 关键词：复合传输，调幅广播，统一的二元相位键控调制，统一的正交二元偏移键控调制，多 元位置相移键控调制，正交频分复用，压缩感知，锁相环 东南大学博士学位论文 t 量l eo u t p u tp h a s en o i s ev a n 觚c e a sm ee x t e n s i o no fe b p s kw ei n v e n t 坩op a t e n t e dt e c h i q u e s 勰u b s ka n dm p p s k a c c o r d i n gt oi ，qo m l 0 9 0 n a l 咖s m i s s i o ni i lq p s k ，w ed e s i 印m eo n h o g o n a lu b s k m o d u l a t i o na n dd e m o d u l a t i o ns y s t e m o nt h eo t h e rh 孤d ，w ec o n s t m c tm p p s kb yc o n 仃0 l l i n g c a r r i e rp h 豁es h i rp o s i t i o n sa i l dm u sd e n o t em r a ym o d u l 曲喇s y m b o l s c o m p a r e dt 0e b p s k b o t hu b s ka 1 1 dm p p s ki m p r o v en 豫s p e c 仃a le 侬c i e n c y b 嬲e do np r e v i o u sd i s c u s s i o n 觚dm e r s t i g a t i o n 证u si b o c 咖d 砌笛w e l l 嬲劬e r r e s e a r c h s p m g r e s si l le n v e i o p - p h 鹊eh y b r i dm o d u i a t i o i l w ep r o p o s ef o u rh y b r i d 啪锄i s s i o n s v s t e m s 舔a a 、，m a k ”，o f d m 、m a k ”，“a a e b p s k a l l d “o f d m e b p sk ，锄o n g w h i c ht 、v ob e l o n gt o a n a l o gs i d e b 锄d d i g i t a lc a 盯i 盯觚dt 、v ob e l o n gt o “d i g 池is i d e b 锄d d i g i t a lc a r r i 一a r e rm a t ，w ed e s c 抽ee 孔hh y b 瑚s y s t e m 锄di t s d e t a i l e di m p l e m e n t a t i o n b e rp e 响珊a i l c ei sc o n c e n l e d 、a l s oe m p l o yd i 虢r e n tb u 钍e n 帕m lf i l t e r 锄dw a l l ( e rq f i l t e r f o rt r a n s m i n i n gf i l t e r i n gw 油r e s p e c tt 0f c ca ms p c c 眈l 锄i s s i o nm a s k t h eh p a c to ff l l t e r o r d e r 狮dv a l u eo f qo ns y s t e mp e r f o m 锄c ei s0 nf o c u s c o n s i d e r m gm u l t i p a t h e f 俺c to fa mb r o a d c a s t i i l gc h a l l i l e l ，w em a i l l l yd i s c u s sc h a m l e l e s t i i l l a t i o no f d i g i t a ls i d e b 柚d ”弱o f d ms i 印a li i l “d i g i t a ls i d e b 锄d d i g 池lc a 币盯h y b r i d 仃a 1 1 s m i s s i o ns y s t 锄w e 粕a l y s ee t s id r mc h a n n e lp r o f i l e 锄dp o 硫o u tt h es p a r s ep r o p e n ) r i i l 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录1 0 7 插图索引 表格索引i i 符号说明。x v 英文缩写说明x i 第l 章绪论1 1 1a m 广播的数字化1 1 2 复合传输的构想2 1 3 论文的主要工作3 1 3 1 研究目标3 1 3 2 研究内容4 1 3 3 组织结构4 第2 章e b p s k 调制与解调分析7 2 1e b p s k 调制方式概述7 2 2e b p s k 的信号产生8 2 3e b p s k 系统性能1l 2 4 二阶锁相环的e b p s k 信号解调分析1 3 2 4 1e b p s k 的解调结构1 3 2 4 2 积分判决的最佳积分限1 5 2 4 3 仿真结果分析1 7 2 5e b p s k 载波同步中的相位误差分析1 9 2 5 1e b p s k 的输出相位噪声方差。1 9 2 5 2 与b p s k 相位误差对比2 l 2 5 3 仿真结果分析2 2 2 6 本章小结2 4 第3 章u b s k 调制2 5 3 1u b s k 调制2 5 3 2 正交u b s k 调制2 6 3 3 正交u b s k 的功率谱优化2 9 3 4 仿真结果3 0 3 5 本章小结。3 3 第4 章m p p s k 调制3 5 v 东南大学博士学位论文 4 1m p p s k 调制3 5 4 2m p p s k 解调系统3 7 4 3 仿真结果3 9 4 4 本章小结。41 第5 章复合传输系统4 3 5 1 美国i b o c 系统4 3 5 2 同一频带内的幅度和相位调制4 4 5 3 模拟音频与v m a k 的复合传输4 6 5 3 iv m a k 调制概述。4 7 5 3 2 复合传输系统4 8 5 3 3 仿真结果4 9 5 - 4o f d m 与、m a k 的复合传输5l 5 4 1 复合传输系统51 5 4 2 仿真结果。5 2 5 5 模拟音频与e b p s k 的复合传输5 4 5 5 1 复合调制系统。5 4 5 5 2 功率谱分析与仿真5 5 5 6o f d m 与e b p s k 的复合传输6 0 5 6 1 复合传输系统6 0 5 6 2 仿真结果6l 5 7 本章小结6 2 第6 章o f d m 信道估计6 3 6 1a m 广播信道特性6 3 6 2 信道估计问题描述。6 3 6 3 采用压缩感知的信道估计6 5 6 3 1 压缩感知技术6 5 6 3 2m p 与o m p 算法6 6 6 3 3s p 算法6 7 6 3 4s o m p 算法6 8 6 3 5 导频排布分析6 9 6 3 6 仿真结果7 0 6 4 本章小结7 l 第7 章 结束语7 3 7 1 论文工作总结7 3 7 2 主要创新7 4 7 3 研究展望7 4 致谢7 7 目录 参考文献 作者攻读博士期间的科研工作和成果 i 东南大学博士学位论文 v i 插图索弓 插图索引 图1 1混合m w 波段i b o cd s b 的功率谱密度l 图1 2基于o f d m 数字边带和e b p s k 数字载波的d s b a m 复合传输系统框图3 图2 1e b p s k 调制的基本波形8 图2 2 a g i l e n t3 3 2 2 0 a 任意波形发生器产生的e b p s k 信号8 图2 3 a g i l e n t5 4 6 2 2 a 数字存储示波器上观察到的e b p s k 信号频谱9 图2 4 a g i l e n t5 4 6 2 2 a 数字存储示波器上观察到的e b p s k 信号频谱经局部放大9 图2 5优化前e b p s k 时域波形9 图2 6优化前e b p s k 功率谱密度1 0 图2 7优化后时域波形。l o 图2 8优化后功率谱密度。1 0 图2 9e b p s k 传输系统框图1 l 图2 1 0q 值分别为1 0 0 、2 0 0 和3 0 0 时的b e r 1 2 图2 1 l正弦波的频谱。1 2 图2 1 2e b p s k 信号的频谱1 2 图2 1 3e b p s k 信号的锁相环解调1 3 图2 1 4p l l 的线性化模型。1 3 图2 1 5 锁相环相位阶跃的误差响应1 5 图2 1 6 锁相环矩形相位脉冲的误差响应一1 5 图2 1 7b = o 1 时的最佳积分限1 7 图2 1 8b = o 0 5 e 时的最佳积分限1 8 图2 1 9 鉴相器的实际输出结果1 8 图2 2 0 实际的最佳积分限一1 9 图2 2 lp l l 线性相位模型一1 9 图2 2 2 平方环p l l 系统框图2 1 图2 - 2 3c o s t 硒环p l l 系统框图2 l 图2 2 4e b p s k 和b p s k 输出相位噪声方差对比2 3 图2 2 5 两种调制方式在不同b p f 带宽下的性能对比2 3 图2 2 6 两种调制方式在不同删r 下的性能对比2 4 图3 1正交u b s k 调制器系统框图2 7 图3 2正交u b s k 解调器系统框图2 7 图3 3正交u b s k 调制信号的鉴相器输出结果2 8 图3 - 4正交u b s k 信号的时域波形3 1 图3 5正交u b s k 信号的功率谱密度3l i x 东南大学博士学位论文 图3 6优化后的正交u b s k 信号波形3l 图3 7优化后的正交u b s k 信号功率谱密度3 2 图3 - 8口= 万、0 7 5 万、o 5 万、0 2 5 万时的优化结果对比3 2 图3 - 9f = 丁2 0 、丁1 5 、丁1 0 、r 5 时的优化结果对比3 3 图4 1 对应于符号【l ，o ，l ，l ，o 】的2 p p s k 调制波形3 6 图4 - 2 对应于符号【2 ，0 ，3 ，l ，2 】的4 p p s k 调制波形3 6 图4 32 p p s k 、4 p p s k 调制的功率谱密度及2 p p s k 的功率谱优化结果3 7 图4 4m p p s k 调制系统框图3 7 图4 5m p p s k 解调系统框图3 8 图4 6 4 p p s k 鉴相器理论输出与仿真结果对比3 9 图4 7正交鉴相器的系统框图4 0 图4 8 当秒= 0 2 5 刀、0 5 万和o 7 5 万时的2 p p s k 误符号率对比4 0 图4 - 9 当日= 0 7 5 万时的2 p p s k ，3 p p s k 和4 p p s k 的误符号率对比。4l 图5 1i b o c 混合模式功率谱分布4 3 图5 2m o c 混合模式功率谱发射要求4 4 图5 3新发射机系统框图。4 4 图5 4数字基带调制信号的生成及分解4 5 图5 5调制器框图4 6 图5 6解调器框图4 6 图5 7、强嗄a k 的调制波形4 7 图5 8v m a k 调制信号的功率谱密度4 8 图5 9 v m a k 复合传输系统框图4 8 图5 1 0 伪载波。5 0 图5 1la m 发射机的信号波形。5 0 图5 1 2 包络检波输出信噪比恶化程度5 0 图5 1 3 附加数据的误比特率曲线。5 l 图5 1 4 复合调制的系统框图一5 2 图5 1 5 长度为1 个载波周期的附加波形5 2 图5 1 6a m 发射机产生的信号波形5 3 图5 1 7a m 发射机产生的信号频谱。5 3 图5 1 8 附加数据的误比特率曲线。5 3 图5 一1 9 音频数据的误码率曲线一5 4 图5 2 0 模拟音频与e b p s k 复合调制系统框图5 5 图5 2 l复合传输系统s i i i l u l i n l ( 框图5 6 图5 2 2 模拟音频与e b p s k 的复合调制信号波形5 6 图5 2 3 滤波器幅频响应特性对比5 8 图5 2 4 滤波器3 d b 通带范围内的幅频特性对比。5 8 x 5 9 5 9 6 0 6 l 6 1 7 0 7 1 东南大学博士学位论文 i 4 5 4 5 5 7 6 3 6 8 7 0 东南大学博士学位论文 v c 瓞 r “” i c u d ( ) 绝对值 重。范数 粤i 范数 粤2 范数 对角阵 阶单位阵 内积 复数集 实数集 聊刀维的实矩阵 补集 并集 属于 阶 o l 2 g、，忆慨凡 东南大学博士学位论文 x n r s c d a m b v m a k v w d k e b p s k e p s k u b s k m p p s k p l l p d b p f v c o l p f s n r b e r s e r a s k f s k n a t i o n a lr a d i os y s t e m sc o m m i t t e e d i g i t a la m p l i t u t em o d u l a t i o nb r o a d c a s t 洫g v e 拶m i n i m u m a d d i t i v ew a v e f o 嘲k e y i n g v e - m i n i m 啪w a v e f 0 丌nd i 腩r e n c ek e y i n g e x t e n d e db i n a r yp h a s es h i f tk e y i n g e x t e n d e dp h a s es h i rk e y i n g u n i f i e db i n a 拶s h i rk e y i n g m a d ，p o s i t i o np h a s es h i rk e y i n g p h a s el o c k e dl o o p p h a s ed e t e c t o r b a n d p a s sf i l t e r v o l 切喀ec o i i t r o l l e do s c i l l a t o r l o o p f i l t e r s i g n a lt on o i s er a t i o b i te r r o rr a t e s y m b o le r r o r l t e a m p l i t u t es h 谂k e y i i l g f r e q e n c ) ，s h i rk e y 吨 x v i i 幅度调制 频率调制 相位调制 长波 中波 短波 双边带 国际电信联盟 欧洲电信标准化协会 世界数字广播 带内同频道 数字音频广播 正交频分复用 编码正交频分复用 联邦通信委员会 国家无线电通信系统委员会 数字调幅广播 最小附加波形键控 甚小波形差键控 扩展的二元相移键控 扩展的相移键控 统一的正交二元偏移键控 一 多元位置相移键控 锁相环 鉴相器 带通滤波器 压控振荡器 环路滤波器 信噪比 误比特率 误符号率 幅移键控 频移键控 东南大学博士学位论文 p h a s es h mk e y i n g p h 勰er e v e r s a lk e y i n g v a r i a b l ep h a s es h i f tk e y i n g v e 呵m i n i m 啪s h i f k e y i i l g o no f r k e y i n g a n a l o gt od i g i t a ic o n v e 哟r d i g i t a l t oa j l a i o gc o n v e n e r p u l s ep o s i t i o nm o d u l a “a n 相移键控 相位反转键控 可变相移键控 最小相移键控 开关键控 模数转换器 数模转换器 脉冲位置调制 c a r r i e r - a d d i t i v ew a v e f o l l l lp o w e rr a t i o 载波附加波形功率比 a d d i t i v ew h i t eg a u s s i a i ln o i s e 加性高斯白噪声 i n t e r - s y m b o l1 1 1 t e r f e r e n c e码间干扰 c h a r u l e li m p u l s er e s p o n s e 信道冲击响应 l e a s ts q u a r e 最小二乘 c h a 衄e lt r a n s f e rf u n c t i o n 信道传递函数 m a _ t c h i n gp u r s u i t 匹配追踪 o 曲o g o n a lm a t c h i n gp u r s u i t 正交匹配追踪 s u b s p a c ep u r s u i t子空间追踪 b a s i sp u r s u i t 基追踪 c o m p r e s s i v es 锄p l i n gm a t c h i n gp u r s u i t压缩采样匹配追踪 s t a 培e w i s eo n h o g 册a lm a t c h i n gp u r s u i t阶段正交匹配追踪 o p t i i n i z e do r t i l o g o n a lm a t c h i n gp u r s u i t优化匹配追踪 b a c k w a r d o p t i m i z e do m l o g o i l a lm a t c h i n gp u r s u i t后向优化匹配追踪 l m e a rp r o 彤l i l l m i l l g 线性规划 q u a d m t i cp r o g 姗m i r 吗 二次规划 s e c o n do r d e rc o n ep r o g r a m m i n g 二阶锥规划 m u i t i - i n p u tm u l t i o u t p u t 多输入多输出 s p a t i a lc h a n n e lm o d e l 空间信道模型 r e s t r i c t e di s o m e t 巧p r o p e r t y 约束等距限制 m e a ns q u a r ee 肿r 均方误差 x 第l 章绪论 1 1a m 广播的数字化 第1 章绪论 传统的模拟a m 广播被各国作为主要信息传播手段已有近9 0 年的历程，由于其覆盖范围广，接 收工具简单、价格低廉，而且可以方便地进行室内外的便携接收与公路、水路的移动接收，至今仍 是世界上使用最普遍的广播媒体之一。2 0 0 8 年汶川大地震中光缆中断、手机不通、电视不亮，民政 部、解放军四总部等分别紧急采购1 0 万台和1 7 万台收音机调往灾区和救灾部队，凸显了a m 广播 之不可替代。我国的a m 广播以m w 和s w 波段为主，采用保留载波的d s b a m 体制，虽然只占 用9 k h z 带宽【l - 3 】，但存在着传输音质差、业务单一、受电离层变化和多径传播影响严重、易被干扰 等缺点，因此，a m 广播的数字化意义重大。由于声音的信源编码标准或语音立频压缩格式已有多 种国际标准可选，例如m p e g - 4 a a c c e l p 正l 嗍v x c ，i t u t g 7 2 2 2 g 7 2 3 1 g 7 2 9 等，故本论 文只讨论a m 广播信道传输的数字化1 4 j 。 2 0 0 1 年4 月，1 1 u 通过了b s 1 5 1 4 建议书p j ，给出了a m 广播数字化的两个推荐系统，即以欧 东南大学博士学位论文 补载波可在有高电平模拟信号和a m 载波时解调，代价则是互补载波携带的信息只有独立数字载波 的一半。另外，i b o c 的压缩音频分为核心和增强两个独立的信息流，核心流提供基本音频，而增强 流提供高质量的立体声信息，采用分级编码和分能级发射的策略使核心流的抗干扰能力更强。若不 考虑模拟a m 信号，则i b o c 全数字模式与图1 1 混合模式的区别在于去除了模拟信号及1 0 k h z 第l 章绪论 利用d s b 一m 边带传输数字信息，其基本思想是将复用的压缩音频和数据经o f d m 基带处理 后直接送入a m 发射机音频口对发射载波进行d s b 心i 调制发送，相当于为模拟发射机提供了一个 基带的调制解调器；而从现有m w s w 收音机包络检波端或音频输出口取出该基带信号再解调解码 就可得到音频和附加数据；此外高档收音机还可取出现有收音机的中频信号，分别对a m 上、下边 带相干解调后相加以提高信噪比。这一方案最大程度地简化了模拟a m 广播的数字化过程，实现复 杂度较低；通过适当调整系统参数，向下兼容了现有的a m 广播体系，也向上兼容了d 趴们b o c 数 字发射机。 文献【1 5 】和 1 6 】引入了同频正交载波分别调制o f d m 和a m 系统，实现了o f d m + a m 同频带传 东南大学博士学位论文 用最新出现的压缩感知算法，降低导频数目和系统复杂度。 1 3 2 研究内容 本文的研究内容具体包括数字载波的实现、复合传输系统功率谱分析和复合传输系统中o f d m 信道估计3 部分。第2 、3 、4 章依次研究了e b p s k 、u b s k 和m p p s k 三种调制解调方式，用于实 现复合传输系统中的数字载波。第5 章基于前面两章提出的数字载波调制方式，构建相应的复合调 制系统，并考察其功率谱密度是否符合f c c 关于功率谱掩模的规定。接下来的第6 章进一步考虑所 构建的复合系统中o f d m 信号部分的传输，重点考虑o f d m 的信道估计问题。 1 3 3 组织结构 本论文的主要工作及各章组织如下： 第1 章介绍论文的研究背景、目标，对复合传输系统的设计出发点及具体实施方法进行综述， 并给出本文的主要研究工作及组织结构。 第2 章针对e b p s k 调制与解调中的若干关键问题展开讨论和分析。首先概述e b p s k 调制方式， 给出其波形表达式及相应的软硬件生成结果，其后简单描述e b p s k 调制解调系统，基于锁相环的信 号解调结构，简化接收机设计。在实现载波提取和码元同步的同时，也将通过积分判决、自适应门 限等少量辅助模块，实现e b p s k 信号的解调。本章从两处深入对e b p s k 信号解调进行分析，一方 面，讨论e b p s k 信号采用二阶锁相环解凋时鉴相器的输出信号结构。通过建立锁相环的线性化模型， 对比分析不同阻尼系数的相位阶跃误差响应和矩形相位误差响应，推导理想状态下鉴相器输出波形 表达式，并在包含窄带高斯噪声的条件下研究e b p s k 信号解调的最佳积分限取值。另一方面，推导 e b p s k 载波恢复中的输出相位噪声方差，在相同的参数条件下，与b p s k 采用的平方环和c o s t a s 环输出相位噪声方差进行对比。 在第2 章介绍的e b p s k 基础上，第3 章考虑将e b p s k 码元“o ”和码元“l ”的基本调制波形 设置为不同的频率，将e b p s k 进一步拓展为u b s k 调制；同时参照q p s k 的i 、q 两路正交传输体 系，给出了正交u b s k 调制解调系统；通过计算其自相关函数及傅立叶变换，推导正交u b s k 信号 的功率谱密度表达式。在此基础上，对线谱和离散谱分量分析比较，去除高次谐波，获得基本波形 的优化结果。 第4 章将第2 章介绍的e b p s k 拓展为多进制的m p p s k 调制。通过控制正弦载波相位跳变的位 置，m p p s k 可表征多进制的调制符号，在与e b p s k 同样长度的载波周期内传输更多的信息数据。 与e b p s k 类似，m p p s k 采用锁相环实现解调，利用鉴相器输出判断相位跳变的位置，逐位置取样 值比较，以保证良好的解调性能。另外，m p p s k 在载波相位跳变之后插入了一定时间的保护间隔， 能有效缩小鉴相器输出脉冲的宽度，避免误判。 第5 章的复合传输系统是全文的核心。通过研究美国的i b o c 系统，引出带内复合传输的构想； 其次通过分析i e e et r 锄s t i o n so nb r o a d c a s t i f 培上的一篇文章，讨论采用a m 广播的信号包络传输 模拟音频、载波相位传输数字信息的思路及可行性，纠正了该文章中的一些错误；随后分4 节提出 4 套复合传输系统，依次为模拟音频与v m a k 复合传输、o f d m 与、俸d a k 复合传输、模拟音频与 4 第1 章绪论 e b p s k 复合传输、o f d m 与e b p s k 复合传输，其中两套是“模拟边带数字载波”的组合，两套为 “数字边带数字载波”的组合。在每一节详细描述每套系统的具体实现，给出误码率性能；后两节 则结合美国f c c 规定的发射功率谱掩模的要求，对发送信号进行发射滤波，并对比分析系统中各参 数的影响。尽管第5 章仅仅介绍了4 套复合传输系统，但结合第3 章和第4 章介绍的u b s k 和m p p s k 调制，我们还能进一步形成其它的组合方式，做进一步的分析和拓展。 第6 章研究多径信道下“数字边带数字载波”系统中“数字边带”即o f d m 信号采取的信道估 计技术。首先结合e t s id i t m 标准分析a m 广播信道的多径传输特性，随后将复合系统中o f d m 信 号的信道估计问题归结为一个欠定方程，考虑到复合系统中o f d m 信道估计将频繁进行，为降低频 谱利用率，利用了实际信道普遍存在的稀疏性作为先验信息，应用压缩感知技术，具体包括m p 、 o m p 和s p 算法，以大大降低导频数目。 最后对全文进行总结，概括论文的主要创新，并对今后工作进行展望。 本章成果： 1 戚晨皓，陈亮，吴乐南数字多媒体广播最新进展及关键技术研究，电视技术，v 0 1 3 l ，n o 6 ， p p 3 0 - 3 3 ，2 0 0 7 5 东南大学博七学位论文 6 第2 章e b p s k 调制与解调分析 第2 章e b p s k 调制与解调分析 本章将针对e b p s k 调制与解调中的若干关键问题展开讨论和分析。首先概述e b p s k 调制方式， 给出其波形表达式及相应的软硬件生成结果，其后简单描述e b p s k 调制解调系统，采用基于锁相环 的信号解调结构，简化接收机设计，在实现载波提取和码元同步的同时，也通过积分判决、自适应 门限等少量辅助模块，实现e b p s k 信号的解调。本章将从两处深入对e b p s k 信号解调进行分析， 一方面，讨论e b p s k 信号采用二阶锁相环解调时鉴相器的输出信号结构。通过建立锁相环的线性化 模型，对比分析了不同阻尼系数的相位阶跃误差响应和矩形相位误差响应，推导了理想状态下鉴相 器输出波形表达式，并在包含窄带高斯噪声的条件下研究了e b p s k 信号解调的最佳积分限取值。另 外方面，推导了e b p s k 载波恢复中的输出相位噪声方差，在相同的参数条件下，与b p s k 采用的 平方环和c o s t a s 环输出相位噪声方差进行对比。 2 1e b p s k 调制方式概述 频率是宝贵的资源，研究高效的调制和解调技术具有重要意义。扩展的二元相移键控e b p sk 【1 8 j 9 】 调制通过对相移时长、相移大小等波形参数的控制，可综合调整信号带宽、传输码率及解调性能； 配合基于单片锁相环( p l l ) 的解调结构，对环路带宽、阻尼系数等参数进行联合优化，可有效利 用p l l 的鉴相器( p d ) 提取有用信息，简化接收机设计。 早在1 9 9 8 年，美国加州大学的e w m c c u i l e 在其博：l 二论文中即提出了e p s k 的思想【2 们，他通 过引入超过2 万的相移角度，拓展了调制的参数维数，在保持星座点最小距离不变的前提下引入新 的星座点，实现了高阶调制，其调制和解调均能由模拟的f m 、p m 方案实现【2 1 1 。但后续研究和国内 的跟踪较少。本文讨论的e b p s k 与e p s k 有一定相似性，都增加了调制参数，由此e b p s k 调制覆 盖了经典的2 a s k 、2 p s k 和o o k ，成为一种统一的二进制调制解调方法；但在具体的调制方式及 实现方案上，e b