基于FPGA的DMB-T信道调制的设计研究

论文摘要

随着科技的发展和社会的进步,数字电视已逐渐成为现代电视的主流。利用今年是奥运年的契机,研究和推广数字电视广播具有重大的意义。2006年8月底我国出台的数字多媒体/电视广播（DMB-T）标准,确立了中国自己的技术标准。以此来发展拥有自主知识产权的数字电视事业,不仅可以满足广大人民群众日益增长的物质、文化要求,还可以带动相关产业快速发展。本课题在深入研究DMB-T国家标准的基础上,首先对系统的调制系统进行了设计规划,然后对信道调制的星座映射、系统信息插入、帧体数据处理、PN序列插入的帧形成模块和成形滤波模块进行了设计和仿真,并验证了其正确性。3780个子载波的时域同步正交多载波技术（TDS-OFDM）是DMB-T调制系统的关键技术之一。由于载波数不是2的整数次幂,考虑到实现的有效性,不能采用现已成熟的基-2或基-4的快速傅立叶变换（FFT）算法。针对调制系统中特有的3780点IFFT,课题深入分析和比较了Cooley-Tukey、Winograd和素因子三种离散快速傅立叶变换算法的特点和性能,综合利用了三种算法优势,考虑了算法的复杂度、运算的速度、资源的消耗,设计出一种新的算法,进行了Matlab验证和基于FPGA（现场可编程门阵列）的仿真。分析表明,该算法所需的加法、乘法次数已很逼近4096点FFT算法。DMB-T发射端的基带成形滤波采用了平方根升余弦滚降滤波,由于其0.05的滚降系数在实现中比较苛刻,所以是设计的难点之一。本课题利用Matlab工具采用了等纹波最优滤波的方法设计了169阶数字滤波器,其阻带衰减达到了46.9dB,完全符合标准的要求;利用四倍插值的方法实现了I、Q合路的该滤波器的FPGA设计,并进行了设计优化,显著降低了滤波器的运算量,大大节约了实现该滤波器所需的乘法器资源。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及数字电视广播的发展现状
• 1.2 课题研究意义
• 1.3 工作任务及论文结构
• 1.4 本章小结
• 第二章 DMB-T 信道编码技术
• 2.1 DMB-T 信道编码调制的关键及基本结构
• 2.2 DMB-T 信道编码
• 2.2.1 扰码
• 2.2.2 DMB-T 中前向纠错码
• 2.2.3 星座映射
• 2.2.4 交织
• 2.3 OFDM 概述及系统模型
• 2.3.1 OFDM 系统模型
• 2.3.2 保护间隔和循环前缀
• 2.4 本章小结
• 第三章 星座映射、帧形成和PN 序列插入模块的设计和实现
• 3.1 星座映射的设计实现
• 3.2 系统信息插入的设计实现
• 3.2.1 系统信息
• 3.2.2 系统信息插入的实现
• 3.3 帧头及PN 保护间隔
• 3.3.1 PN 序列的产生
• 3.3.2 前后同步缓冲
• 3.4 PN 序列的帧头数据插入的实现
• 3.5 本章小结
• 第四章 帧体数据处理的研究设计
• 4.1 傅里叶变换在OFDM 系统中的应用
• 4.2 3780 点快速傅立叶变换算法
• 4.2.1 算法概述
• 4.2.2 数论基础
• 4.2.3 下标映射
• 4.2.4 Cooley-Tukey 快速傅立叶变换
• 4.2.5 Winograd 傅立叶变换算法
• 4.2.6 Good-Thomas 素因子算法
• 4.2.7 几种常用FFT 算法的比较
• 4.2.8 3780 点FFT 算法的设计
• 4.3 算法实现
• 4.3.1 3780 点FFT 的FPGA 实现
• 4.3.2 Winograd 小N DFT 算法的FPGA 实现
• 4.3.3 CORDIC 算法设计的相位旋转模块
• 4.3.4 仿真结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 基带成形滤波器的设计和实现
• 5.1 数字滤波器介绍
• 5.1.1 IIR 数字滤波器
• 5.1.2 FIR 数字滤波器设计
• 5.2 成形滤波器原理
• 5.3 采用等波纹最优滤波器原理设计成形滤波器
• 5.3.1 等波纹设计的原理及优点
• 5.3.2 基于Matlab 的滤波器设计及仿真
• 5.4 基带成形滤波的FPGA 设计
• 5.4.1 成形滤波FPGA 的总体实现
• 5.4.2 FIFO、4 倍插值和2 路复用的设计
• 5.4.3 4 倍插值滤波器设计
• 5.4.4 4 倍插值平方根升余弦滚降滤波器的FPGA 实现
• 5.4.5 仿真结果
• 5.5 本章小结
• 第六章 系统综合及总结
• 6.1 系统综合
• 6.2 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果