移动数字电视接收系统的前端设计
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摘要:随着数字电视的发展,具有多功能开放式的移动数字电视接收机已成为移动接收终端的首选。为解决在移动接收过程中出现的多径干扰和衰落,提高数字电视的接收质量,可以将自适应天线接收技术加入到移动数字电视接收机中。鉴于此,本章基于DSP+FPGA结构设计一个基于DVB-T标准的移动数字电视接收机,对其前端设计进行了探讨。
关键词:移动数字电视 接收 前端设计
1 前言
随着电视广播的全面数字化,传统的电视媒体将在技术、功能上逐步与信息、通信领域的其它手段相互融合,从而形成全新的、庞大的数字电视产业。在数字电视产业化发展中,地面移动数字电视因为其特有的优势,有望成为最具发展潜力的领域。移动电视可以在车辆、机场及各种流动人群中的移动载体上广泛使用,为客户群体提供精彩实时的资讯类节目。它摆脱了固定收视的缺点,覆盖广泛,反应迅速,移动性强,在高速移动的状态下保持画面的清晰,实现了边走边看。作为一种新兴的数字技术,移动数字电视受到国内外业界的广泛关注。
2 DVB-T数字电视接收系统的原理
(1)模拟处理部分从天线接收到的信号通过调谐器经预选放大抑制镜象干扰、混频后得到中频信号,经中频滤波器滤波抑制邻道干扰后送入中频放大器中得到放大的中频信号。在中频放大器中设置自动增益控制以稳定信号输出。放大了的中频信号与中频本振混频后经低通滤波送入ADC两倍采样率采样得到OFDM基带数字信号。模拟处理部分如图所示。
DVB-T接收机的模拟部分框图
(2)符号起始同步与定时粗同步利用保护间隔的循环重复特性可获得定时粗同步和符号起始提供FFT。如图所示。基本原理是由于保护间隔中的数据是有效数据部分的重复,而相邻符号的数据则完全不同,这样计算通过延时器前后的差值,并对其进行短时积分,则可获得粗同步。
(3)COFDM解调为简化接收机方案,采用流水结构的FFT解调。中频信号经滤波后进入ADC中进行两倍采样率采样,每一个符号得到2N样点,这2N样点直接送入2N点FFTASIC处理器进行FFT变换。
(4)帧同步和传输参数的提取由于接收机并不知道发射信号的调制方案、发射模式、所采用的保护时隙长度、编码率以及超帧所用帧数等对接收机来说至关重要的参数。因此,传输参数TPS的提取是COFDM解调、信道解码的基本前提条件。由于采用频率分集技术,在FFT输出后可采用合并技术把TPS的能量收集回来进行解调以提高正确解调的可靠性。对TPS的BCH解码有效的提高TPS的提取可靠性。
(5)频率和定时同步由定时符号粗同步后,接收机对连续2个符号的采样的2N样点进行FFT,频率估计器按参考序列给出的连续导频地址找到这两符号的连续导频值。对频率偏移进行估计得到频率误差信号,经D/A变换及环路滤波后控制中频本振完成频率同步。频率同步环路滤波器的带宽取为100 Hz。定时估计器在当前符号行中找到导频之后,对定时偏移进行估计得到定时误差信号,经D/A变化和时钟环路滤波器滤波后完成定时的精同步。时钟精同步的环路滤波器的带宽取50 Hz。因而这一同步过程时间较长,为若干符号期时间以达到缓慢调整和达到精同步锁定,而粗同步的带宽则取较宽,使这一过程在较短时间内完成。
(6)信道校正和信道状态估计信道响应估计器通过对分布和连续导频点的响应的估计,利用时/频内插得到信道在全频段的响应估计值,对各数据载波进行复相均衡后可得信道校正。信道状态估计包括信号的输出电平的估计和自动增益控制以及信道在各数据载波点上的状态估计。信号的输出电平的估计可通过对FFT输出信号的能量获得。信号电平估计出后通过D/A变换以及AGC环路滤波后可对信号的输出电平进行精确控制。信道在各数据载波点上的状态估计是通过各数据载波点上的信号的信纳比的估计给出信道在各数据载波点上的状态度量,与该载波点的数据一起送到Viterbi译码器,对每一比特提供“可靠性信息”进行软判决译码。
下图为DVB-T数字电视接收系统的组成结构方框图。
DVB-T数字电视接收机硬件系统可分为两个功能相对独立的模块:前端信道解码模块和后端信源解码模块。前端部分由调谐器和信道解调器组成,主要功能是主要完成信号混频、信道解调后输出符合MPEG-2标准的TS流;后端部分由主控CPU、视频解码器、音频解码器、存储系统等部件组成,主要功能是实现TS流的解复用,并将视频和音频的ES/PES流分别送入相应的音视频解码器进行MPEG-2的音频解码和视频解码,最终恢复出原始的数字电视信号。
(1)调谐器调协器的功能是完成射频数字电视信号转变为中频数字电视信号。调谐器通过I2C总线来控制。另外,信道解调器根据中频信号幅度,通过AGC信号来调节调谐器输出的中频信号幅度,使其稳定在一定的范围之内。中频信号输出幅度通常较小,需要经过中频放大器,然后送入信道解调器。针对调谐器模块,飞利浦公司推出的新一代调谐器模块TD1316包含有三个高频部分:射频环回、PAL重调制器和射频-下行调谐器。它集成了声表面波滤波器和一个中频放大器,从射频-下行调谐器部分输出的宽带中频信号经过声表面波滤波器的滤波成为一个限于7/8 MHz带宽的窄带中频信号,然后通过中频放大器进行增益补偿声表面波滤波器的损耗。
(2)信道解调器信道解调器接收到中频放大信号后,对其进行A/D模数转换,然后逐级进行解调,包括信号的定时恢复、载波恢复、数据成型、自适应均衡以及解码、解交织、RS解码、去随机化,输出符合MPEG-2标准的并行传输流。信道解调器可以直接对输入的中频信号进行A/D采样,提供AGC信号控制中频信号的增益。正常工作状态下,解调芯片先通过非相关AGC模式使中频信号幅度在A/D采样范围之内,接着进行载波锁定和同步信号恢复,实现同步后,相关AGC模式进一步细调中频信号幅度,然后依次进行同频干扰滤波、信号均衡、相位跟踪锁定以及前向纠错处理,包括格状解码、去卷积交织、RS解码和去随机等步骤,最后输出TS(Transmit Stream)码流。实际解调的每一步都可以通过内部寄存器来跟踪。解调过程中各阶段信号的实际性能,如锁定状态、信噪比、误码率等可以由解调芯片内部的寄存器指示。
参考文献
[1] 姚冬苹,蔡超时.数字电视接收技术.北京:电子工业出版社,2007.
[2] 晋军,程剑.智能天线及其在数字电视中的应用.电视技术,2007,(7).
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