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1、分类号 T N 9 3 4 3密级 重庆邮电大学硕士学位论文 论文题目 旦旦筮盟盐基鲎绫塑壅溘 鲍盟窒盈绫塑鲞鲍塞理 英文题目 皇墨曼垒! 堡hQ 旦垦璺曼坠垒堕鱼星旦鱼Q 亟i n gS 堡h 曼堡曼 垒坠鱼! 堕卫! 曼盟星坠! 垒! i Q 堕Q ! 垦垒墨曼坠垒壁鱼曼堕鱼Q 鱼曼! i 坠旦旦! ! 垒n 璺堡i ! ! i 坠gS Y 墨! 曼堑 论文提交日期 2 Q Q 墨生旦论文答辩日期2 Q Q 墨生鱼旦 论文评阅人 答辩委员会主席 I 心 游降 2 0 0 8 年 5 月 1 5日 学懂 _ t 、：j ! 一j 遗，F 喜? 。t 夕1i 。j 、峰jj j ： 4丸( f
2、 ) = 九 ( 3 4 ) 若用采样频率1 T 对S ( ，) 信号取样，则 s ( ，z 丁) = 古 彳七( f ) e 儿o + 七胛卅d ( 3 5 ) 、r七= O 只分析K 7 个样点，且取样是在一个符号期Z 内完成，即令： Z = 群T( 3 6 ) 要满足多载波间的正交关系，则有： 矽= l Z ( 3 7 ) 由上述关系得到： 趴灯卜方弘一九一H + 2 缈”帆倦川， n 8 ， = 古彳七“+ 2 彻咕y 坼1 、? 1 七= O 若令绋= 0 ，可使上式简化如下： s ( 刀r ) = 古彳t P P 础“， ( 3 9 ) 3 3 重庆邮电大学硕士论文 该式是对信号4
3、 e 地的离散傅立叶反变换【1 4 】，S ( n T ) 是时域里的离散信 号。而4 P 施反映的就是每个副载波上的相位信息，这就是说，如果对所 有副载波相位信息做傅立叶反变换，得到的结果与先对每个副载波进行 D Q P S K 调制然后再把所有波相加求和所得到的时域信号是完全一致的。 实际当中的离散傅立叶反变换是通过I F F T 的快速算法来实现的。I F F T 运算要求输入序列的长度为2 的整数幂，D A B 载波的数目不满足这个关系， 所以必须进行补零，方法就是把不想要的载波幅度4 置为O 。对于D A B 传输模式一来说，载波数目为1 5 3 6 ，也就是还需要补5 1 2 个零
4、点构成2 0 4 8 点的I F F T 。 3 1 3 4 保护间隔 尽管多载波调制延长了每个载波的持续期，但是仍然无法避免由于反 射波引起的符号间干扰，因此O F D M 引入了保护间隔，如图3 16 所示。 ( a ) 主 ( b ) 反 ( c ) 合 图3 1 6 保护间隔示意图 T u 是有效的符号持续期，也是接收端F F T 解调时的窗口，我们的目 的就是要确保在此期间没有来自其它符号的干扰。具体方法就是将每个符 号后面约1 4 长度的内容复制到前面( 图3 16 中的T g ) ，这样，只要反射 信号的时延不超过T g ，则前一个符号的反射波不会进入T u 之内，避免了 符号间
5、干扰。相反，同一符号直达波和反射波的叠加还会使窗口内信号的 功率增强，有利于接收。 保护间隔增强了抗多径干扰的能力，但也付出了一定代价，即降低了 数据传输率。因此，T g 的选择要兼顾数据率和反射信号最长时延的影响。 由于保护间隔是把符号的最后一部分复制到前边，这就相当于信号进 第三章D A B 发射端基带处理方法 行了周期性的重复，这样的好处就是解码端在解调窗口不准时( 尚未同步 之前) ，只要窗口位置在T g + T u 之内，则不管窗口如何移动，F F T 运算结 果的每一个样点仅有相位的变化而不会有幅度的变化【1 4 1 ，这就为接收端在 未精确同步之前进行信道估计和同步校准提供了依据
6、。 3 14D I Q 基带信号输出接口 O F D M 调制后的时域数据也就是I F F T 运算的结果是一个复数的序列， 可以表示为S = I + j 木Q ，式中的I 即为同相分量( I n P h a s e ) 也就是0 F D M 调制后结果的实部，Q 为正交分量( Q u a r d r a t u r e ) 也就是O F D M 调制后结 果的虚部。D A B 规定了标准的基带信号D I Q ( D i g i t a lb a s e b a n dI n - p h a s ea n d Q u a d r a t u r e ) 输出接口【15 1 。下图是其接口定义：
7、 D a t as o u r C eK e c e I V e r 图3 1 7D I Q 输出接口 它实际上就是交替地输出8 位量化精度的I 、Q 分量到D A T A 线上： 由此需要一个标志Q I 来表示当前周期传输的是1 分量或者Q 分量；I 、Q 各自频率为2 0 4 8 M H z ，所以输出给D A C 的采样时钟频率为4 0 9 6 M H z ； F S Y N C 则是同步信号，在零符号期间为高电平。D I Q 的时序图如3 18 所 示。 c 。K 善厂 厂 厂 厂 厂 厂P 队T A 陬7 1 善 二工 互 c 工 互= 玉二汇至二) 口 匹，I 善厂 厂 厂一 0
8、0 1 F s Y N c o L 一 图3 18D I Q 时序图 3 5 重庆邮电大学硕士论文 3 6 第四章D A B 发射端基带编码器的设计 第四章D A B 发射端基带编码器的设计 本章主要介绍了D A B 发射端基带编码器的设计，首先通过软硬件相 结合的方式实现了基带编码器的设计，同时也给基带编码器信道编码部分 的纯硬件设计提供了模型。然后介绍了基带编码系统的硬件设计，较为详 细地介绍了其中的各个模块，在确保功能正确及编码灵活性的前提下，设 计时充分考虑了功耗和电路规模的要求。 、 4 1 设计目标 本课题设计的D A B 基带编码器要求实现以下目标： 支持D A B 的四种模式；
9、 可对任何输入的E T I 信号进行编码调制； 以D I Q 方式输出C O F D M 数字基带信号； 输出的C O F D M 模拟基带信号频率为2 0 4 8 M H z ； 设计要充分考虑效率和功耗； 充分利用现有硬件资源，硬件实现简单。 4 2D A B 基带编码器的软硬件设计 在设计的前期，为了能快速地产生D A B 信号，以配合项目组其他成 员开发的D A B 接收机测试使用，采用了软硬件相结合的方式开发了完整 的D A B 发射端基带编码器。用C 语言完成了基带编码器的信道编码处理 部分，主要实现了能量扩散、可删除型卷积编码、时间交织、频率交织、 D Q P S K 调制以及主
10、业务复合和传输帧的复合。结合用v e r i l o g 硬件描述语 言实现的I F F T 运算模块映射到F P G A 上，以实现O F D M 调制，P C 和F P G A 之间通过U S B 模块进行数据传输，成功实现了D A B 发射端基带编码器的 设计。 I F F T 模块的输出结果经D A C ( 数模转换) 模块后送给D A B 发射机， 将基带信号调制到射频发射出来。这一设计的成功开发验证了基带编码算 法的正确性，特别是信道处理部分算法的正确性，从而为其后的继续开发 打下了基础。如图4 1 为D A B 基带编码器软硬件设计整体结构框图。 3 7 基带编码器人机界面 解
11、E T I 帧 能 量 扩 散 卷 积 编 码 时 间 交 织 频 富 交 织 U S B 接 口 模 块 D A B 基带编码器软硬件设计框图 n 两 l 模块I I _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - 一 F P G AE P 2 C 2 0 开发板 U S B 接 口 模 块 片外S R A M5 1 2 K B y t e s 片外s R A M 接口 D A 模拟基带信 图4 1D A B 基带编码器软硬件设计框图 在P C 端完成了基带编码器信道编码部分的编码设计后，又在其基础 上开发了调用U S B 的接口模块和用于人机互动操作的人机界面。将输入的 E T I 帧进行解复
12、用、能量扩散、卷积编码、时间交织、频率交织、D Q P S K 调制等各种编码处理及传输帧复合后，通过U S B 接口模块将形成的D A B 传输帧发送给F P G A 端做O F D M 调制。采用实验室项目组其他成员提供的 I F F T 的V e r i l o g 设计模块，将其映射到F P G A 中，将来自P C 端的D A B 传 输帧送给I F F T 模块进行运算，之后将I F F T 运算结果以D I Q 标准接口方式 输出给外部D A C 转换模块，最后输出模拟的I 、Q 基带信号，送给D A B 发射机。这样通过软硬件相结合的方式实现了D A B 基带编码处理。 设计主
13、要包括了基带编码器P C 端的软件设计、U S B 接口模块的设计、 F P G A 端的设计以及U S B 模块和D A C 模块的P C B 设计。接下来将分别讲 述各个部分的设计。 4 2 1P C 端的软件设计 基带编码器的P C 端软件设计主要实现了从接收E T I 数据帧到O F D M 调制前基带的编码算法( 见图3 1 ) ，并在此基础上开发了编码器的人机界 面，方便用户进行操作。软件设计主要建立在P C 平台，采用V i s u a lC + + 作为编译开发工具，主要实现了解E T I 帧、信道编码部分( 包括了能量扩 散、可删除型卷积编码、时间交织、频率交织) 、D Q
14、P S K 调制和编码器人 机界面这几个模块。 3 8 燃丢一 墨_ 哥 第四章D A B 发射端基带编码器的设计 解E T I 帧 前面第三章已经介绍过E T I 帧的结构，一个E T I 帧中主要包括了帧头 信息( 帧内各子通道的相关信息) 和主业务数据流M S T ( 包括各业务数据 码流和快速信息通道F I C ) 。首先我们需要将传输进来的E T I 帧的同步信息 提取出来，便于找到帧头，对帧头进行C R C 校验，再提取帧头提供的信 息，如帧长、帧相位、数据流路数及各数据流的长度、起始地址、保护等 级等。通过这些信息来提取E T I 帧中M S T 里的F I C 信息和各个业务成
15、分 的数据，并为其后做卷积编码的时候提供信道保护等级和主业务复合时 C I F 中起始位置等信息。 基带编码信道编码部分 从E T I 帧中提取出来的F I C 数据和各业务成分的数据，要对其进行能 量扩散、卷积编码、时间交织、频率交织等信道编码处理。首先对F I C 和 各业务成分的数据进行能量扩散，再根据提取的各子信道保护等级信息， 对各业务成分按保护等级进行可删除型卷积编码，然后对主业务数据进行X j 时间交织，交织后的主业务数据复合成主业务信道( M S C ) 的C I F 帧，F I C 信息不经过时间交织，与C I F 帧一起复合成D A B 传输帧。同时，在P C 端 还实现了
16、对D A B 传输帧进行频率交织。 ? 。 D Q P S K 调制 数据信息在进行频率交织后，根据各载波的初始相位进行D Q P S K 调 制，得到每个载波的调制相位信息。D A B 标准中规定了各种传输模式下所。 有载波的初始相位算法，只要根据该算法得到初始相位表，之后的D Q P S K 调制可以根据初始相位表进行查表运算即可。初始相位满足式4 1 所示关 系： 矽I = ( 办“圳+ 甩) ( 4 1 ) 二 前面第三章已经提到，初始相位采用的是万2Q P S K 系统，式4 1 中 参数i ，k ，k ，n ( 以模式l 为例) 可由表4 1 的定义得到，其中k 表示载 波序号( 一7 6 8 七一l ，1 后7 6 8 )
