基于FPGA的DMB-T信道调制的设计研究

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

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

3.3.1PN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

4.3.13780点FFT的FPGA实现

4.3.2 Winograd小NDFT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

致射

参考文献

个人简历

攻读硕士学位期间取得的研究成果