（信号与信息处理专业论文）dvbc接收机符号同步内插的算法设计与仿真.pdf

摘要 近年来，数字电视技术得到快速发展，广播电视体系已经开始向数字化全面 过渡。d v b c 作为数字电视标准之一，在国内已经得到广泛应用。d v b c 数字接 收机中，符号时钟同步是一个关键部分，其效率高低直接影响到接收机的整体性 能。因此，关于符号时钟同步全数字实现关键算法的研究，在d v b 接收机设计工 作中具有重要的意义。 本文对d v b - c 数字接收机符号同步内插技术进行了研究，重点针对其关键部 分一符号内插滤波器，引入一类多项式基函数作为函数模型，完成了公式推导、 最优系数求解算法设计、符号内插性能分析、优化结构设计、定点长度分析和基 于f p g a 的v e r i l o g 逻辑实现与仿真等工作。最后得到的基多项式符号内插滤波器 具有与传统内插器相近的硬件复杂度下更优异的内插性能和更灵活的滤波特性控 制能力。对于国内自主产权的高性能d v b c 数字接收机开发而言，本文的工作具 有很高的参考和应用价值。 论文的主要工作包括： 1 ) 数据准备，对d v b c 数字前端的基带信号处理和中频调制部分进行了算 法设计和浮点、定点仿真，得到接收机符号同步研究需要的球调制数据。 符号同步内插原理的研究，公式的分析和推导，给出了一种消除符号同步 后时钟抖动的方法，并对传统符号内插滤波器进行了性能分析。 3 ) 引入一类多项式基函数作内插函数原型，归纳出统一多项结构公式。设计 了两种不同的优化算法来进行滤波器最优系数求解，并针对实际应用需要 给出了符号率分段下进行系数分组设计的方案。 4 ) 对影响滤波器性能的多种设计因素进行了分析和性能仿真。最后给出了一 种极大节省硬件资源的基多项式内插滤波器硬件实现结构并用v e r i l o g 在 f p g a 平台上完成逻辑设计。 关键词：符号定时恢复，同步，内插滤波器，线性规划 a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，d t vt e c h n o l o g yi sd e v e l o p i n gr a p i d l y , a n dt h eb r o a d c a s t i n g s y s t e mh a sb e e nt r a n s i t i n gi n t od i g i t a lm o d e d v b ct h a ti so n eo f t h ed v bs t a n d a r d s h a sb e e nw i d e l ya d o p t e di nc h i n aa tt h ep r e s e n tt i m e t h ee f f i c i e n c yo ft h es y m b o l t i m i n gr e c o v e r yt h a ti so n eo ft h ei m p o r t a n tb l o c k si nad v b - cd i g i t a lr e c e i v e rh a sa d i r e c te f f e c to nt h eh o l i s t i cp e r f o r m a n c e s o ，t h er e s e a r c ho nt h ec r i t i c a la l g o r i t h m sf o r d i g i t i z e ds y m b o lt i m i n gr e c o v e r yh a sg r e a tv a l u ef o rt h ed e s i g no f d v b cr e c e i v e r s t h i sd i s s e r t a t i o nm a k e sar e s e a r c ho nt h ec r i t i c a lt e c h n o l o g yo fs y m b o lt i m i n g r e c o v e r yb l o c ki nt h ed v b cr e c e i v e r s ac l a s so f p o l y n o m i a lb a s i cf u n c t i o ni sa d o p t e d t oi m p l e m e n tt h es y m b o li n t e r p o l a t o r , w h i c hi st h em o s ti m p o r t a n tp a r ti nt h es y m b o l t i m i n gr e c o v e r yb l o c k t h ec o r r e s p o n d i n gf u n c t i o nd e d u c i n g , a l g o r i t h md e v e l o p i n gf o r t h ep a r a m e t e rc a l c u l a t i o n ，i n t e r p o l a t o rp e r f o r m a n c ea n a l y s i s ，o p t i m i z e ds t r u c t u r ed e s i g n a n di t si m p l e m e n t a t i o no nf p g ai nv c i l o ga r ea l la c h i e v e d c o n 竹a s t i n gt ot h e t r a d i t i o n a li n t e r p o l a t o r st h o s eh a v ea l m o s tt h es a l n ec o m p l e x i t y , t h ei n t e r p o l a t o rg a i n e d h e r eh a sg r e a t e rp e r f o r m a n c ea n db e t t e rf l e x i b i l i t yo f f i l t e r i n gc h a r a c t e r i s t i cc o n t r 0 1 t h e w o r ka c c o m p l i s h e di nt h i sd i s s e r t a t i o nh a sg r e a tv a l u eo fi m p l e m e n t a t i o na n dr e f e r e n c e f o rt h ed e s i g no f h i g hp e r f o r m a n c ed v b - cr e c e i v e r s t h i sd i s s e r t a t i o ni n c l u d e st h ec o n t c n t sb e l o w ： 1 ) d a t ap r e p a r a t i o n a l g o r i t h md e s i g na n df i x e dp o i n ts i m u l a t i o nf o rb a s eb a n d s i g n a lp r o c e s s i n ga n dm o d u l a t i o ni nd v b ct r a n s m i t t e r 2 1r e s e a r c ho nt h et h e o r yo fa 1 1 - d i g i t i z e ds y m b o lt i m i n gr e c o v e r y t h ef o r m u l a e a r ed e d u c e da n dar e c o v e r e ds y m b o lc l o c kj i t t e rc a n c e l l a t i o nm e t h o di s i n , e d u c e dh e r ea sw e l l 3 ) a c l a s so fp o l y n o m i a lb a s i cf u n c t i o ni sa d o p t e dt oi m p l e m e n tt h es y m b o l i n t e r p o l a t o r , a n d i t su n i f o r m p o l y n o m i a l a r c h i t e c t u r ei sd e d u c e d s i m u l t a n e o u s l yt w od i f f e r e n to p t i m i z a t i o na l g o r i t h m s a r e d e v e l o p e dt o c a l c u l a t et h ei n t e r p o l a t o rp a r a m e t e r s a n dt h e nam e t h o dt h a tg e n e r a t e sg r o u p s a b s l x a e t o fp a r a m e t e r sf o rt h ea c t u a la p p l i c a t i o ni nd v b - cs y s t e mb yg r o u p i n gt h e s y m b o lr a t ei sd e v e l o p e d 4 ) t h ef a c t o r st h o s ea f f e c tt h ep e r f o r m a n c eo ft h ei n t e r p o l a t o ra r ea n a l y z e da n d s i m u l a t e d t h e nar e s o u r c er e d u c e ds t r u c t u r eo ft h eo p t i m i z e di n t e r p o l a t o ra n d i t si m p l e m e n t a t i o no nf p g ai nv e r i l o gi sg i v e ni nt h ee n d k e y w o r d s ：s y m b o lt i m i n gr e c o v e r y , s y n c h ，i n t e r p o l a t i n gf i l t e r , l i n e a rp r o g r a m m i n g m - 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 为获得电子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己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 日期：知7 年乒月圹日 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) 签名：导师签 日期： 第一章引言 1 1数字电视发展概况 第一章引言 8 0 年代开始，大规模集成电路、计算机、网络传输、卫星及光媒介等技术的 革新，促使广播电视技术和相关业务飞速发展。特别是进入9 0 年代后，广播电视 新技术逐渐成熟，有关新设备的定位已经明朗。国际上关于数字电视广播系统各 方面的标准也已出台，并且在基于卫星信道和h f c 有线网络上首先得到应用和推 广。传统的模拟电视广播系统已经开始全面地向数字化平台转移。数字电视以其 较高的传送效率，更好的节目质量以及多种增值功能和服务，开始逐渐取代传统 的模拟电视，成为新的发展潮流。 在数字电视的全球规范化和统一化上，r r u ( 国际电信联盟) 对数字广播电视 标准的国际化做了详尽考虑。针对世界上不同地区的应用需求和数字电视的研究 状况，r r u 吸纳了多个地区标准。包括北美地区的a t s c 、欧洲地区的d v b 以及 日本的i s d b 等。针对不同的传输媒介，又可以分为适用于卫星信道、有线信道或 者地面传输信道的标准。以d v b 为例，就有d v b s ( 卫星) 、d v b c ( h f c 有线) 、 d v b - t ( 地面) 等多种标准。另外，根据应用场合的不同，数字电视体系还可分 为适用于手持无线的低码率级、适用于有线和卫星的标准清晰度( s d t v ) 级和高 清晰度( h d t v ) 级的标准。无论何种应用，r r u 给出了一个统一的要求，各个标 准都要求以下面的要素为基础： a ：系统原则。 1 地面系统应当与其它的数字电视传送系统如卫星、电缆等有较大的通用 性。 2 各个广播系统可以用透明和灵活的方式传输m p e g - 2 和其它的数据业务。 3 复用结构应是m p e g - 2 传送流。 4 各系统允许复用。 5 接收机应能够对所有在用的r sf e c 解码。 电子科技大学硕士学位论文 6 基础系统应是一个单层传输系统，能够传送一路h d t v 业务或者几路常 规业务。 7 应当为业务信息和标题描述词系统提供实施方法。 b ：基带编码原则。 1 图像编码系统采用m p e g 2 编码标准，并且有能力使用主类( m a i np r o f i l e ) 和主级( m a i nl e v e l ) 及更高级。 2 声音编码采用i s o i e c1 3 8 1 8 3m p e g - 2 音频层或者d o l b y a c 3 的方法。 3 应当制定符合视频与音频编码系统特性的质量要求规范。基本的音频编码 技术规范只涉及句法，并且为编解码器的改进带来的质量提升留有余地。 应给出最低质量要求目标值并且为编码器特征提出建议。 4 调制和信道编码原则，所选择的调制和编码方式应当保证实现所要求的传 送方案。 基于数字电视的发展需要和技术研究能力，目前国内采用欧洲的d v b 标准。 该标准是开放式的，具有一套完整的，适用于不同媒介的数字电视广播规范。经 过e t s i 标准化后出版的d v b 规范包括： d v b s e t s3 0 04 2 1 ； d v b c 一e t s3 0 04 2 9 ； d v b t 一e 汀s3 0 07 4 4 。 d v b 标准的核心为： 系统采用m p e g 标准压缩的视频、音频及数据格式作为数据源； 系统采用公共的m e g p - 2 传送流( t s ) 复用方式； 系统采用公共的用于描述广播节目的系统服务信息( s i ) ； 系统的第一级信道编码采用r s 前向纠错保护； 调制与其它附属的编码方式，由不同的传输媒介来确定； 使用通用的加扰方式和条件接收界面。 d v b 作为数字电视标准的一种，在国内具有相当大的市场价值潜力。目前针 2 一 第一章引言 对d v b 关键技术的研究和相关设备的研制工作也是国内数字电视产业开发的一个 主流方向。 1 2 论文选题 d v b 作为目前欧洲数字电视标准，以发展s d t v 标准清晰度电视为主得到了 广泛的应用。其中d v b - c 是基于有线电缆网络的数字电视传输标准，规定了系统 中传送数字电视的帧结构、信道编码和调制方式【2 5 1 。 d v b c 系统具有如下特点：传输信道的带宽窄；信号电平高；传输信道质量 好，光缆和电缆内信号不易受到外部干扰等，因此，适用于较为高效的调制方式， 如目前的常用的6 4 q a m ，在高质量的信道条件下可以采用1 2 8 q a m 或者更高的 2 5 6 q a m 调制方式。并且在信道编码上可以不用复杂的内编码，相对于d v b s ( 卫 星) 或者d v b t 的标准更容易实现。 d v b 接收机的设计工作中，符号时钟同步是一个关键部分。对于d v b c 数 字接收机而言，在将接收到的信号下变频到基带并且q a m 解调后，首先需要进行 的就是在数字域内的信号匹配滤波和符号时钟同步操作。符号的电平及其采样时 刻能否得到准确的恢复，直接影响到数字接收机内后续的载波二次同步、信道均 衡及符号判决操作的性能。因此，符号同步在d v b c 接收机中具有重要的地位。 目前针对d v b c 数字接收机符号同步的研究大多集中于定时误差检测的算 法，而对符号电平恢复起关键作用的符号内插滤波器通常还是采用线性内插器， 或者效果相对好些的立方内插器和分段抛物线内插器。这些内插器对于b p s k 或 者q p s k 等简单的调制信号具有良好的性能，但是对于d v b c 中使用的6 4 q a m 或者以上的高效调制信号，效果却并不理想。另外，这些内插器都是固定结构和 参数的，所提供的内插滤波特性也是固定的，面对同一个系统下兼容多种调制模 式和不同符号率的要求，这些传统的内插滤波器无法通过设计参数来控制和改变 其滤波性能。在消耗相同或者相近硬件资源的情况下，应该寻找更好效果的符号 内插滤波器。 基于以上考虑，本文对d v b c 数字接收机的符号同步关键技术进行了研究。 引入一类多项式基函数作为内插滤波器模型，通过公式推导得到其频域统一的多 项结构表达式。在此基础上设计了两种基于不同评价函数的规划算法求解内插器 最优化系数，得到具有绝对线性相位，性能高于通用内插器而资源消耗相近或更 3 电子科技大学硕士学位论文 少的基多项式内插滤波器。使用该内插器的符号同步模块能更好地适用于d v b c 信号的高效调制方式，在高性能的d v b c 全数字接收机设计中具有重要的参考和 应用价值。 1 3论文内容及结构安排 论文工作的基本框架如图1 一l 所示。 图1 - 1 论文工作的基本框架 论文结构上分为两部分。 第一部分主要是数据准备，进行d v b c 头端发射机的基带信号处理和调制算 法的设计和仿真。该部分工作在第二章中介绍，包括： ( 1 ) 基带信号的随机符号生成与星座映射； ( 2 ) 基带成型滤波器设计； ( 3 ) 采样率变换算法研究和参数选取； ( 4 ) m q a m 调制以及数字上变频的方法设计和浮点、定点仿真。 最后得到的调制数据通过模拟的信道加噪后( a w g n ，暂不考虑多径和突 发干扰) 作为论文第二部分研究工作的数据来源。 4 第一章引言 第二部分是d v b c 接收机符号同步内插的研究和设计工作，在论文的第三、 四、五章阐述。主要包括： ( 1 ) d v b c 接收机的纯数字实现结构设计，定时同步及符号内插的原理研究 和通用的线性内插器分析与仿真。 ( 2 ) 以一类多项式基函数为原型实现符号内插的公式推导和分析，设计了两 种逼近算法求解最优内插系数并给出根据d v b c 实际应用需要设计的符号分段求 解分组系数的方案。 ( 3 ) 对影响符号内插滤波器性能的多种设计参数进行了分析与性能仿真，给 出一种易于硬件实现的内插器优化结构并对其符号恢复的性能进行评估和对比。 最后在q u a r t u s l i 环境下基于具体的f p g a 器件用v e r i l o g 完成了基多项式内插滤波 器的逻辑设计和功能仿真。 论文在第六章进行工作的总结和展望。 5 电子科技大学硕士学位论文 第二章d v b c 前端基带成型及调制算法设计与仿真 d v b c 系统有线前端原理框图如图2 一l 。 基带接口：来自 本地m 孵2 节数据广 艇 目源、分配链路1 基带 再复用等 时钟一陲署 ：7 t s _ ：t r ff fff l i ! , - _ - - j 时钟和同步生成器 图2 1d v b c 前端系统原理框图【1 1 前端系统可以分为三个部分： 1 m p e g 一2 信源编码和复用。即基带物理接口之前的音视频及节目信息编码 和处理。属于m p e g - 2 的编码规范。首先来自于视频源的数据经过视频编码器编 码后，产生符合m p e g 一2 规范的单通道视频流，与编码后的音频流、节目信息与 其他业务信息一起送入复用器进行单一节目的数据同步和打包处理，然后多路节 目信息通过传送复用器合成为一路，送给后面的信道部分进行传送。 2 信道编码。d v b c 因为信道质量较好，没有使用d v b s 和d v b t 中用到 的内编码，只是采用了外编码部分。在保证传输质量的前提下，f e c 不必复杂化。 信道编码包括图2 一l 中的同步反转和随机化；r s 编码以及卷积交织。同步反转 根据m p e g 2 帧结构定义使一定长度的t s 流成帧( 1 5 0 4 b y t e s ) ，随机化将数据打 乱使其能量分布均匀，频谱分散，利于传输。r s 编码在每个1 8 8 b y t e s 后n a 1 6 b y t e s 的r s 保护码，可保证每个传输包纠8 个错。另外r s 之后的卷积交织提供了抗突 发干扰的能力。 3 基带成型和调制。信道编码后的数据要在信道上传输，还需要根据信道的 特点定制相应的调制方式，在保证传输质量的前提下，最大限度的利用信道带宽。 m q a m 调制是有线信道采用的高效调制方式，通过将差分编码后的数据映射到星 座图上，形成i 、q 两路正交的信号，在每个象限内的星座点具有格雷码的特性， 6 第二章d v b - c 前端基带成型及调制算法设计与仿真 即同一象限内任一星座点与其相邻星座点之间只有一个b i t 位的差别，这有助于减 少误码造成的电平值差异。d v b c 的基带成型滤波器采用滚降因子a - - - - 0 1 5 的根 升余弦滤波器。之后到中频或者到r f 的q a m 调制没有具体实现方式的限制，但 通常采用的是纯数字的低上变频，然后通过模拟混频器调制到r f 。 本章工作主要是星座映射后的i 、q 两路符号的奈氏滤波( 基带成型滤波) ， 符号采样率变换和低通滤波以及q a m 调制和正数字上变频。两倍基带成型滤波 后需要将符号的采样率提高到与q h m 调制部分的n c o ( 数控振荡) 相同的工作 频率，这里采用两级级联半带滤波器和四级级联三倍c i c 滤波器实现上采样和滤 波工作，从实现复杂度和性能上考虑，这种采样率变换的组合方式是比较合理的。 原理如图2 2 所示。 一霾 i i 砖、袅 q l 两倍 一瑟 f 持淡 缓 半带 搏淡 级 半带 撩波 二级 半带 砖没 二级 半带 滤波 4 缀 级联 c i c i 镦 4 级 级联 c i c 潦泼 i i _ 一蕊痈旷1iq a m 调制： lii i f 5 =f s 篮f s =f s =f s = 6 8 5 m _ 1 3 7 5 m - + 2 75 m _ 5 s m 1 6 5 m 图2 - 2d v b - c 基带成型，采样率变换和q a m 调制 来自卷积交织器的字节流通过符号变换与星座映射后，分解为i 、q 两路的符 号映射电平，这里假设输出符号率为6 8 7 5 m b a u d 。而q h m 调制部分的n c ot 作频率设计为1 6 5 m h z ，生成3 6 m h z 的正弦和9 0 度相移的余弦中频。所以为了在 调制时与n c o 的正弦信号相乘，需要将基带信号的采样率由6 8 7 5 m b z 变换为 1 6 5 m h z 。通过基带成型滤波器的两倍插值和前端匹配滤波处理，采样率变为 1 3 7 5 m h z ，之后的半带滤波具有2 倍上采样能力，两级半带滤波后采样率变为 5 5 m h z ，然后通过级联c i c 滤波器，输出1 6 5 m h z 采样的信号。q a m 调制以后的 7 电子科技大学硕士学位论文 信号，在进入数模转换前还需要进行反s i n e 滤波以去掉d a 处理时因为采样和 零阶保持而产生的s i n e 效应。但是大多数现有的用于通讯信道的d a c 器件都整合 有性能很好的反s i n e 滤波器，所以，本文不考虑反s i n e 滤波部分的设计 ( 6 8 7 5 m b a u d 的符号率和1 6 5 m h z 的n c o 工作频率是经过系统参数分析后预设 的，符合通常的d v b c 的应用要求，同时又能保证较好的调制性能。当m p e g - 2 的t s 流达不到6 8 7 5 m b a u d 的符号率时，可以通过在t s 流中插入空包的方式提 升符号率来与本文的设计匹配，若t s 流大于6 8 7 5 m b a u d 的符号率，则进行相应 的删除空包操作) 。 下面针对每个部分的原理和设计工作进行详细说明。 2 1随机信号生成与星座映射 本章设计重点是d v b c 基带成型与调制，不讨论信道编码部分，但是，基带 成型需要卷积交织及符号映射和差分编码后的符号流数据。因为信道编码的处理 使该数据应具有均匀扩散的频谱分布，为了简化操作，这里使用随机信号生成的 方式，来模拟卷积交织后的8 b i t 数据流，为后续设计提供数据来源和仿真依据： 其频谱特征应与实际卷积交织后的数据流相同。 2 1 1符号变换、差分编码及星座映射原理 卷积交织后的数据流为8 b i t ，面对不同的调制方式，需要将该数据流变换成为 不同的符号长度，在2 4 q a m 调制时，k 个字节映射为m 个长度为n 的符号，满 足关系8 k = ? x m 。以通常使用的6 4 q a m 调制为例，对应的符号为6 b i t ( k = 3 ，m = 4 ，n = 6 ) 。映射过程如图2 3 所示。 g z 3 s v宇节v + t宇节v + 2 来自卷积交织器 b 7b 6b 5b 4b 3b 2 ：b 1b 0 b 7b 6 缸5 1 ：4右3 b 2 b lb 0b 7 b 6 ：b 5 b 4 b 3 b 2b lb 0 至差分编码 1 i o b 4b 3 234qam字节到n-bit符号变换示意图(n=6)8 第二章d v b - c 前端基带成型及调制算法设计与仿真 字节到符号变换后需要经过高位及次高位差分编码以解决四重相位模糊问 题，星座映射后形成i 、q 两路分量信号。差分编码由下面的布尔表达式给出： 厶= 4 0 b ( 4 0 一。) + ( 4 0 最) ( 4 0 q 。) ( 2 1 ) g = 4 0 b ( 盈0 q 。) + ( 4 0 眈) ( 最o ) ( 2 2 ) 两位m s b 差分编码和映射示意图如图2 4 。 鲞皇耄i 字节 割8 b i t 瓣 7 叫五o l 妥磊 1 6 q a m ：q = 2 3 2 q a b i ：q = 3 6 4 q a m ：q = 4 1 2 8 q a m ：q = 5 2 5 6 q a m ：q = 6 图2 - 4 字节符号转换、两位m s b 差分编码及映射示意图 差分编码后每个符号的最高两位决定了星座映射的象限，0 0 ，1 0 ，1 1 ，0 1 对 应于一、二、三、四象限。低比特位在星座图中具有格雷码特性，相邻两个符号 间只有一个b i t 的差异，同时，整个星座具有z 2 的旋转不变性。 - v 7 。一 0 0 1 0 0 00 0 1 0 0 10 0 1 1 0 10 0 1 1 0 0 5 - 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 10 0 1 1 1 0 ， 3 -一 0 0 0 0 1 00 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 o l l o = l o 擞 l 一 一 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 10 0 0 1 0 10 0 0 1 0 0 i_ 一 二li； 1 = 1 l l 。 k q k = o l 取暖旋转 ， 图2 56 4 q a m 星座映射 图2 5 给出了6 4 q a m 下第一象限的星座映射示意图。第二三四象限分别是 9 ， 型箧竺翮一氢 电子科技大学硕士学位论文 前一象限改变最高两b i t 而保留其余低位b i t ，然后关于原点的x 2 旋转。利用这 特性可以在硬件实现时，通过一定的算法优化逻辑结构和资源消耗，同时减少 处理的时钟周期数。 2 1 2随机信号生成和星座映射设计与仿真 本文预设符号率为6 8 7 5 m b a u d ，随机符号长度为4 0 9 6 0 点，对应于不同的 q a m 调制，需要的随机字节数如下： 1 6 q a m ：4 0 9 6 0x4 b i t = k 8 b i t ； k = 2 0 4 8 0 3 2 q a m ：4 0 9 6 0 5 b i t = k 8 b i t ； k = 2 5 6 0 0 6 4 q a m 4 0 9 6 0x6 b i t = k 8 b i t ； k - - - - 3 0 7 2 0 1 2 8 q a m ：4 0 9 6 0x7 b i t = k 8 b i t ； k = 3 5 8 4 0 2 5 6 q a m ：4 0 9 6 0x8 b i t = k 8 b i t ； k = 4 0 9 6 0 差分编码时，需要最初的最高b i t 位厶及g 的值，这里统一取0 ，实际上取0 或者1 都对仿真结果没有影响。 星座映射后的i ，q 两路电平值在定点仿真时有两种表达方式。 其一是固定相邻星座点间电平差值，且最高电平随着星座变大而变大。映射 电平集如下： 1 6 q a m ：( 1 ，3 ) ，定点有符号3 b i t 。 3 2 q a m ： l ，必，5 ) ，定点有符号4 b i t 。 6 4 q a m ：( 1 ，3 ，5 ，7 ) ，定点有符号4 b i t 。 1 2 8 q a m ：( 1 ，3 ，5 ，7 ，9 ，1 1 ) ，定点有符号5 b i t 。 2 5 6 q a m ： 1 ，3 ，5 ，7 ，i - 9 ，1 l ，+ 1 3 ，+ 1 5 ) ，定点有符号5 b i t 。 为了得到优良的调制信号，需要星座点之间的距离尽可能的大，而受限于后 级基带成型滤波器的输入比特数的限制，不可能有很大的宽度。同时要求星座可 变以适应不同的q a m 调制。所以，为了充分利用成型滤波器的计算精度，在固定 成型滤波器输入宽度为5 b i t 前提下，重新设计星座电平映射集如下： 1 6 q a m ： 5 ，1 5 ) ： 1 0 第二章d v b - c 前端基带成型及调制算法设计与仿真 3 2 q a m ： 。以1 4 比特有符号量化后得到量化系数；h = ( - - 3 1 ， 0 ，1 6 8 ，0 ，- - 5 9 3 ，0 ，2 5 0 2 ，4 0 9 6 ，2 5 0 2 ，0 ，- - 5 9 3 ，0 ，1 6 8 ，0 ，- - 3 1 ) 。第一 级半带滤波器系数量化后幅频响应如图2 1 4 左图，6 4 q a m 基带成型后i 路数据 通过第一级半带滤波后的频谱如图2 1 4 右所示。在数据输入给滤波器前，需要 二倍插零，滤波后数据进行1 3 b i t 有效位截取，输出1 4 b i t 有符号数。 o 枷 渤 伤 - 8 0 m a g n t u d er e s p o n ( 阳) l i n 厂、厂 o0 2 50 s0 硝1 船m a l z e df r 唧恻( hr 蜘p b ) 口 = 例 謦 挈 1 鱼 伥 - 4 q a 路一缀芈带滤波翔 普 图2 1 4 第一级半带滤波器幅频响应及6 4 q a mi 路滤波输出频谱 一级半带滤波后，数据采样率变为基带符号率的4 倍。从图中可以看出，系 数量化后的半带滤波器带内纹波很小而带外衰减接近6 0 d b 。 第二级半带滤波器的归一化参数为：绵= 0 1 2 5 x ；。= 石一0 1 2 5 x = 0 8 7 5 石； 通带纹波同样为o 0 1 d b 。由于其过渡带相对第一级变得更宽，所以使用更短的抽 头数就可以达到性能要求。阶数设计为6 阶，7 个抽头，浮点系数为：h = ( 一 0 0 3 5 2 1 2 ，0 ，0 2 8 4 8 8 7 ，o 5 ，0 2 8 4 8 8 7 ，0 ，- - 0 0 3 5 2 1 2 ) 。同样在滤波前对数据二 倍插零处理，然后输出截取为1 4 b i t 有符号数。 叮证亭鼬却惴， 5 4 叫猢睹二级半带滤波频谱 归一化角频谱( 仂r 弧度抽样) 图2 - 1 5 第二级半带滤波器幅频响应及6 4 q a mi 路滤波输出频谱 1 6 - 粤mpr!uam王 日p、雠誊宰瑕供 第二章d v b - c 前端基带成型及调制算法设计与仿真 第二级半带滤波器系数1 4 b i t 量化后幅频响应和6 4 q a mi 路滤波输出频谱如 图2 1 5 所示。从图中可以看到，半带滤波后，带外抑制约为6 0 r i b ，从直观上来 看，时域上数据样本波形变得平滑，两级半带滤波后数据采样率变为基带成型滤 波后的4 倍，为5 5 m h z 。 2 3 2三倍内插四级级联c i c 滤波器设计 多级信号处理中，常需要高效的插值器将基带信号插值到球工作频率，或者 高倍率的抽取器将中频信号采样率降低到基带。这样的增减采样系统通常称作信 道器。由h o g c n a u e r 引入的一类级联积分梳状滤波器( c i c ) 是组成信道器的一种 非常有效的结构。c i c ( c a s c a d ei n t e g r a t o rc o m b ) 滤波器的