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数字电视接收机中信号预处理和同步技术研究及其VLSI实现

陈秀平  
【摘要】: 数字技术的发展带来了电视广播领域的一轮新的革命。数字电视传播技术可以分为卫星传播、地面传播和有线传播三种方式。有线数字电视广播具有高性能、高效率的特点,而数字卫星电视广播和数字地而电视广播则在移动性能上更占优势,它们让人类的生活离3A(任何时间,任何地点,任何形式)通信目标更近了。但同时,它们也给通信相关领域还来了新的挑战。 无线数字通信技术和VLSI技术的高速发展,实现了移动数字电视接收。目前可应用于移动数字电视终端的标准有很多,本文仅以中国移动多媒体广播(CMMB)和第二代卫星数字电视广播为例进行讨论。尽管目前已经有许多应用于数字电视广播接收机的算法,而且许多算法都可以重复利用已有的算法,但是,许多算法不具有通用性,并且由于系统要求的不同,仍然需要开发一些新的算法或是根据系统的特点设计更适合某一系统的优化算法。设计一个能够灵活移植于多个标准接收机的信号预处理和同步平台是本文的目的之一,但是那需要每一个硬件结构的设计都足够灵活且可配置以满足不同接收机系统的要求。 本文采用了经典的算法,根据VLSI应用的要求进行了算法上的改进,并讨论了算法性能和硬件实现复杂度的权衡。本文在VLSI结构的低复杂度、灵活性以及可重构方面进行了深入的探讨。给出了在复杂度和性能上相对最优的I/Q两路不均衡解决方案和带有精确搜索、检测的同道干扰窄带滤波方案。在抗邻道干扰滤波器和直接频率综合器的设计中,充分地考虑了算法性能,硬件实现面积以及速度的因素,选择了低复杂度、可重构的结构进行硬件实现。 本文的主要工作包括了: 1.对数字电视广播背景以及各个国家正在应用的数字电视广播标准进行调研。阐述了数字电视广播接收机的优点、发展以及将来的应用。本文以CMMB和DVB-S2接收机为代表进行算法研究。但是,这些算法同样可以应用于其它的数字电视广播接收系统。 2.对数字无线通信链路进行了分析,并建立了卫星通信信道和地面传输信道的仿真模型。仔细研究了CMMB和DVB-S2标准,并根据发送端要求建立了CMMB和DVB-S2的发送端模型。介绍了DTV接收机的各模块,包括接收天线、调谐器、模数转换器以及数字基带解调器。 3.研究时域信号预处理和同步算法,包括消除直流偏置、消除I/Q两路不均衡、直接数字频率综合(DDFS)、抗邻道干扰、抗同道干扰、采样频偏相偏恢复和定时误差检测等算法。并根据VLSI实现的要求对这些算法进行简化。 4.对上述的算法进行硬件结构设计,并根据复用要求和系统性能对这些结构进行简化。本文提出了一种兼顾低复杂度和高性能的消除I/Q两路不均衡的优化结构。文中提出了三种DDFS结构,并讨论了在不同系统中这三种结构的应用。同样,ACI滤波器的结构和应用也在文中进行了详细的讨论。文中还提出了一种新颖的高精度CCI检测和窄带滤波结构。根据DVB-S2接收机的要求,设计了一个支持可变波特率的高性能抗混叠滤波器。本文针对CMMB系统的特点重设计了一个新颖的高精度符号同步算法。 5.上述的算法可以不加修改地应用于其它DTV接收机。但是在实际应用中,根据不同系统的不同性能要求,需要对一些模块进行重新设计,或是要设计一些新的模块以满足系统性能。因此,文中根据CMMB和DVB-S2系统要求针对设计复用和重设计的议题进行讨论。本文还给出了这两个DTV接收机的测试平台,并给出了FPGA和芯片测试结果。 6.在前面讨论结果的基础上,文章最后给出了一个DTV接收机的通用时域信号预处理和同步子系统。以供设计一些新的系统作参考。这个通用平台能重复用于其它的DTV接收机系统,或者是嵌入到一个能支持多个接收标准的接收机中。 最后文章进行了总结和展望。仿真结果和测试结果表明该子系统具有小面积和高性能的特点,可以应用于实际的手持和车载系统。


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