论文摘要
从20世纪90年代起,电视正进行着一场新的技术革命,模拟电视正逐步被数字电视所取代。目前,世界上主要的数字电视地面传输标准有:美国的ATSC标准、欧洲的DVB-T标准、日本的ISDB-T标准以及中国的DTMB标准。DTMB标准于2006年8月正式宣布,它属于单、多载波融合方案,其中多载波方案由于采用了TDS-OFDM技术,即以PN序列作为保护间隔,数据部分采用正交频分复用调制方式,具有数据传输速率大、抗多径和窄带干扰强、频谱利用率高等优点。本文以低成本、低功耗、高性能的同步电路为设计目标,提出了应用于OFDM方案DTMB接收机的同步算法及其电路结构的优化实现方法,并且该技术已经在DTMB解调芯片中实现。同时,由于本设计利用PN序列在时域完成同步,因此该同步技术不仅适用于国标中的多载波方案,还可以扩展到国标中的单载波方案以及其他采用了PN序列的无线通信系统中。本文主要工作包括:（1）在研究OFDM通信技术及DTMB标准的基础上,提出了DTMB接收机的基本结构,从理论上定量地分析了非理想帧同步、载波同步、采样同步对DTMB接收机整体性能的影响,指出了同步的重要性。（2）提出了DTMB接收机同步算法。在帧同步部分,采用了基于滑动相关、先捕获后跟踪的策略来确定帧号和寻找FFT窗口的位置。对于采样同步,采用了全数字定时恢复环路,提出了具有恒定增益和较大捕获范围的鉴相器,并通过自动调整环路带宽来提高环路性能。在载波同步部分,分析了大的载波频偏对相关峰的影响,并在此基础上提出了一种低复杂度、高性能的分步执行的改进型D-spaced载波频偏估计算法。（3）基于本文提出的同步算法,给出相应的硬件实现方案。从同步环路的整体构架出发,分别提出了相关器、取模电路、SRRC滤波器、插值器、下变频电路、CORDIC电路、鉴频器等关键模块的VLSI实现方法。其中,重点优化了面积和功耗较大的滑动相关器和高阶SRRC滤波器。（4）提出了基于RAM的混合型FIR结构的相关器。该相关器利用RAM集成度较高的特征来减小芯片面积,与经典的直接型或直接转置型FIR结构相比,每个时钟周期只有1/32的存储单元在翻转,功耗被大大降低。此外本设计还通过设定滑动窗口,在该窗口之外关闭相关器来进一步降低功耗。（5）对于高阶SRRC滤波器,采用了先将所有系数按比特位相加后移位的方式,极大地减小了中间运算结果带来的硬件开销,并且利用I、Q两路交织的结构,复用组合逻辑,进一步降低芯片面积。（6）完成了同步技术在解调芯片中的应用。提出了DTMB解调芯片的整体构架和设计流程,分析了同步环路FPGA和ASIC实现时的硬件资源消耗和功耗,给出了芯片的验证平台和相应的测试结果。