（微电子学与固体电子学专业论文）新一代卫星数字电视解调器关键算法的vlsi实现研究.pdf

摘要 摘要 随着数字通信技术的发展，数字广播电视有了长足的进展。随着信源数字压 缩编码技术和数字通信传输技术的提出，高清晰度数字电视( h d t v ) 的传输得到 了实现，于是全数字电视真正出现了。高清晰度数字电视技术是涉及广播电视、 通信、计算机和微电子等诸多领域的高新技术，是集近半个世纪的图像编码技术 与现代电子技术、通信技术等发展成就于一身的现代高科技的产物。 卫星数字广播电视是卫星通信的一种应用。卫星通信有距离远、覆盖面大的 特点。通信成本与通信距离无关。同时，卫星数字电视建设速度快，信号质量高， 不受自然灾害影响。在实际应用中发现卫星广播的传输信道具有噪声恶劣，载波 频率偏差大的特点，这也对卫星广播的稳定接收提出了更高的要求。 本文以欧洲新一代卫星数字广播电视传输标准d v b s 2 为研究背景，从其调 制技术的基本原理出发，结合对卫星广播传输信道的深入研究，对适用于新一代 卫星数字广播电视传输标准接收系统的内接收机中的关键算法进行了深入研究， 包括内接收机的系统架构、帧同步算法、码定时恢复算法、匹配滤波器设计以及 载波恢复算法，这些均是卫星数字广播电视接收的关键所在。同时，按照a s i c 设计流程，以高性能、低成本、低功耗为目标完成对这些关键算法的v l s i 实现 与验证。 本文的主要工作包括： ( 1 ) 深入调研当前高清晰度数字电视的发展状况以及目前世界各国正在开 发和应用的数字卫星广播电视标准。以欧洲新一代卫星数字电视传输标准 d v b s 2 的应用为背景，结合其多样化调制技术的原理以及革新的前向纠错编码 技术，阐述其技术上的主要优势、目前的进展和未来的应用前景。 ( 2 ) 对卫星广播传输信道进行建模，并分析其关键的信号特征。广泛并深入 研究当前卫星数字电视广播接收系统的主要结构，包括接收天线、高频头( l n b ) 、 调谐器( t u n e r ) 、数字卫星设备控制总线( d i s e q c ) p a 及信道接收芯片。重点针对 信道接收芯片中的内接收机的关键模块进行算法级建模，其中包括抗混叠滤波 器、帧同步、码定时恢复环路、载波恢复环路以及匹配滤波器等。 ( 3 ) 利用传输信道的模型，对内接收机中的一些关键算法级进行模型的仿真 平台搭建，比较各种实现方案的性能，并定性分析各模块之间的性能影响，根据 仿真结果提出一种高性能的内接收机设计方案，并对该方案中采用的算法进行优 化。该方案可在恶劣噪声和极限载波频偏下快速完成帧同步，在此基础上纠正载 波频偏和相偏，从而完成正确解调，同时充分考虑算法复杂度并优化v l s i 实现 结构，减小了这些关键算法的电路实现的面积进而减少整个内接收机的实现面 积。 ( 4 ) 研究定时误差检测算法以及抛物线内插器原理，优化定时恢复环路的电 摘要 路实现结构，同时根据设计要求提出了一种改进的数控振荡器实现方法，使定时 恢复环路可正确恢复出2 m q l m h z 范围内的可变符号速率时钟。 ( 5 ) 采用c s d 编码技术表示f i r 滤波器各抽头的系数，并以局部搜索方法对 系数进行优化，实现了无乘法器结构的f i r 滤波器，从而大大简化了电路实现的 复杂度并提高了运算精度。 ( 6 ) 利用新一代数字卫星电视标准d v b s 2 帧结构的特征信息，提出一种优 化结构的快速帧同步算法。该算法可在低信噪比和极限频偏的恶劣信道情况下捕 获帧头。在仿真测试过程体现优异的性能。 ( 7 ) 对基于导频序列的载波恢复算法进行硬件实现优化。采用折叠技术对硬 件单元进行复用，大大减少了硬件规模，减少了其实现面积。 关键词：帧同步；码定时恢复；载波恢复； 中图分类号：t n 9 4 9 1 9 7 ；t n 9 3 8 ：t n 4 9 2 a b s t r a c t a bs t r a c t w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n to fd i g i t a l c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , d i g i t a l b r o a d c a s tt e l e v i s i o nh a ss t e p p e di n t ot h ee r ao fd i g i t a lt e l e v i s i o n w i t ht h er a i s eo f t h ed i g i t a lc o m p r e s s i n ga n dc e d i n gt e c h n o l o g y , t h et r a n s m i s s i o no ft h eh d t vh a s b e e nr e a l i z e d t h ew a v eo fk n o w l e d g et e c h n o l o g yb r i n g st h ef u l ld e v e l o p m e n to fa s e r i e so fm o d e mt e c h n o l o g i e s ，i n c l u d i n gb r o a d c a s t i n gt e l e v i s i o n , i n t e g r a t e dc i r c u i t s t e c h n o l o g y , c o m p u t e rs c i e n c e ，m i c r o e l e c t r o n i c s ，i n f o r m a t i o np r o c e s s i n gt e c h n o l o g y a n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y t h e s et e c h n o l o g i e sh a v eb e e nw i d e l yu s e db yt h e d i 西t a lt e l e v i s i o n s a t e l l i t ed i g i t a lb r o a d c a s t i n gt e l e v i s i o ni so n eo ft h ep r a t i c a la p p l i c a t i o n so f s a t e l l i t ec o m m u n i c a t i o n s a t e l l i t eb r o a d c a s t i n gn e t w o r kh a st h ea d v a n t a g e so fw i d e s p e c t r u ma n de x t e n s i v ec e v e r i n gr a n g ea n dt h ec o s t o fc o m m u n i c a t i o nh a sn o r e l a t i o n s h i pw i mt h ed i s t a n c e m e a n w h i l e ，i tc a nb eb u i l tv e r yq u i c k l ya n dp r o v i d e g o o dm e d i af o ri n f o r m a t i o nb r o a d c a s t i n g b u ti np r a c t i c et h es a t e l l i t e c h a n n e li s c h a r a c t e r i s t i co fv e r yl o ws n ra n dl a r g ec a r r i e rf r e q u e n c yo f f s e t t h u s ，i ts e t sh i 曲 r e q u i r e m e n t sf o rd e s i g n i n gr o b u s tr e c e i v e rf o rs a t e l l i t eb r o a d c a s t i n gs i g n a l i nt h i st h e s i s ，w es e tt h ed v b - s 2p r o t o c o la sr e s e a r c hb a c k g r o u n d s t a r t i n gf r o m t h ep r i n c i p l eo fm o d u l a t i o nt e c h n i q u ea n dc o m b i n gw i t ht h ef u r t h e rr e s e a r c ho n s a t e l l i t eb r o a d c a s t i n gt r a n s m i s s i o nc h a n n e l ，w ef o c u so nt h es e v e r a lk e yf u n c t i o n m o d u l e so ft h er e c e i v e rw h i c hc o u l dd e m o d u l a t ed i g i t a ls a t e l l i t eb r o a d c a s t i n gs i g n a l o fd v b s 2 w ep r o p o s ead e s i g ns c h e m ef o rt h ei n n e rr e c e i v e ri nd i g i t a ls a t e l l i t e t e l e v i s i o n r e c e i v e r , w h i c h c o n s i s t so f s y s t e ma r c h i t e c t u r e ，p h y s i c a l f r a m e s y n c h r o n i z a t i o n ，t i m i n gr e c o v e r yl o o p ，m a t c h e df i l t e ra n dc a r r i e rr e c o v e r yl o o pw i t h l a r g ea c q u i r er a n g ea tl o ws i g n a lt on o i s e a n dt h e n ，f o l l o w i n gt h ea s i cd e s i g nf l o w , w ei m p l e m e n tt h ei n n e rr e c e i v e rw i t ht h eg o a lo fh i g hp e r f o r m a n c e ，l o wc o s ta n dl o w p o w e r f i n a l l y , w ev a l i d a t et h e f u n c t i o no fr e c e i v e ro i lf p g ad e v e l o p m e n tb o a r d f o l l o w i n gi st h em a i nc o n t r i b u t i o no f t h i st h e s i s ： ( 1 ) r e s e a r c ho nt h ec u r r e n td e v e l o p m e n to fd i g i t a lt e l e v i s i o na n dd i g i t a ls a t e l l i t e b r o a d c a s t i n gt e l e v i s i o ns t a n d a r d s i nd i f f e r e n tc o u n t r i e so ft h ew o r l d s e td v b - s 2 p r o t o c o l a sr e s e a r c hb a c k g r o u n d ，w es t u d yt h e p r i n c i p l e o fd i f f e r e n tk i n d so f m o d u l a t i o nt e c h n i q u ea n dn e wf o r w a r de r r o rc o r r e c t i o nt e c h n i q u e ，a n dd e s c r i b et h e t e c l m o g i c a la d v a n t a g eo f t h et e c h n i q u ea n dt h e i rf u t u r ed e v e l o p m e n t ( 2 ) a n a l y z et h ec h a r a c t e r i s t i c so fs a t e l l i t eb r o a d c a s t i n gt r a n s m i s s a o nc h a n n e l a n dm o d e lt h e mo ns y s t e ml e v e l m a k ef - r r t h e rr e s e a r c ho nt h ea r c h i t e c t u r eo fd i g i t a l s a t e l l i t ed i g i t a lt e l e v i s i o nr e c e i v e rs y s t e m ，w h i c hm a i n l yc o n s i s t so fa n t e n n a , l o w n o i s eb l o c k , t u n e r , d i g i t a ls a t e l l i t ee q u i p m e n tc o n t r o l l e ra n dc h a n n e lr e c e i v e r t l l i s v a b s t r a c t t h e s i se m p h a s i z e so nm o d e l i n gt h ei n n e rr e e i v 贫o na l g o r i t h ml e v e l ，w h i c hc o n s i s t s o fa n t i - a l i a sf i l t e r , t i m i n gr e c o v e r yl o o p ，p h y s i c a lf r a m es y n c h r o n i z a t i o n ，c a r r i e r r e c o v e r yl o o pa n dm a t c h e df i l t e r ( 3 ) w i t ht h em o d e lo fs a t e l l i t et r a n s m i s s t i o nc h a n n e l ，w ec o m p a r ev a r i o u sd e s i g n s c h e m e s0 nt h ep l a t f o r mo fi n n e rr e c e i v e rm o d e la n da n a l y z ep e r f o r m a n c ee f f e c t s a m o n gd i f f e r e n t m o d u l e s b a s e do nt h es i m u l a t i o n r e s u l t s ，w ep r o p o s eah i g h p e r f o r m a n c ed e s i g ns c h e m eo fi n n e rr e c e i v e ra n do p t i m i z et h ea l g o r i t h m s t h e a d o p t e ds c h e m ec a na c q u i r ep h y s i c a lf r a n l es y n c h r o n i z a t i o nu n d e rl a r g ec a r t i e r f r e q u e n c yo f f s e ta tv e r yl o ws n r , t h u sa c h i e v ec o r r e c td e m o d u l a t i o n t a k et h o r o u g h c o n s i d e r a t i o ni n t ot h ec o m p l e x i t yo fa l g o r i t h m sa n do p t i m i z et h ev l s ia r c h i t e c t u r e ， w er e d u c et h eh a r d w a r ea r e ao ft h ei n n e rr e c e i v e ri nv l s ii m p l e m e n t a t i o n ( 4 ) w ea n a l y z et h ep r i n c i p l eo f t i m i n ge r r o rd e t e c t o ra n dp a r a b o l i ci n t e r p o l a t o ri n d e t a i l b yo p t i m i z i n gt h ei m p l e m e n t a t i o na r c h i t e c t u r eo ft i m i n gr e c o v e r yl o o p ，w e p r o p o s ea ni m p r o v e dd e s i g nm e t h o do fd i g i t a lc o n t r o l l e do s c i l l a t o ra c c o r d i n gt ot h e d e s i g ns p e c t h et i m i n gr e c o v e r yl o o pc a nr e c o v e rt h ev a r i a b l es y m b o lr a t e dc l o c k f r o mt h es y s t e mc l o c k , r a n g i n gf r o m2 m h zt o31m h z ( 5 ) b yu s i n gc a n o n i cs i g n e dd i 酏t or e p r e s e n te a c hc o e f f i c i e n to ff i rf i l t e ra n d l o c a ls e a r c hm e t h o dt oo p t i m i z et h ec o e f f i c i e n t s ，w ei m p l e m e n tan o n m u l t i p l i e rf i r f i l t e rf o rm a t c h e df i l t e r t h u sg r e a t l yr e d u c et h ec o m p l e x i t yo ft h ec i r c u i ta n di m p r o v e t h ec o m p u t i n gp r e c i s i o n ( 6 ) b y 眦ra n a l y z i n gt h es t r u c t u r eo ft h ep h y s i c a ll a y e rh e a d e r t h a t c o n s i s t so fs t a r to ff r a r n ea n dp h y s i c a ll a y e rs i g n a l l i n gc o d e ，w ef r e ds o m eu s e f u l p r o p e r t i e st h a tc a ne n h a n c et h ef r a m es y n c h r o n i z a t i o na n dr e d u c et h ec o m p l e x i t yo f i t si m p l e m e n t a t i o n t h eo p t i m a lf r a m es y n c h r o n i z a t i o nc a l lb ea c h i e v e du n d e rl a r g e c a r t i e rf r e q u e n c yo f f s e t ( a sl a r g ea s5 m h za t2 5 m s p s ) a n dl o ws n rt h r e s h o l do f 2 3 ( 1 b ( 7 ) ma l g o r i t h mo f t h ec a r r i e rr e c o v e r ym o d u l ei sb a s e do np i l o t s w eo p t i m i z e t h eh a r d w a r e 御- c l l i t e c n i r ea n da d o p tf o l d i n gt e c h n i q u et or e u s et h eu n i t si nt h em o d u l e t h u sg r e a t l yr e d u c et h ea r e ao ft h ec i r c u i ta n di m p l e m e n t a lc o m p l e x i t y k e yw o r d s ：f r a m es y n c h r o n i z a t i o n ；ai m i n gr e c o v e r y ；c a r r i e rr e c o v e r y ；v l s i i m p l e m e n t a t i o n c l cn u m b e r ：t n 9 4 9 1 9 7 ；t n 9 3 8 ；t n 4 9 2 英文缩写说明 a d c a d s l a d h d t v a g c a s i c a 1 r c a t s c a w g n b e r b p s k c c d c c o r d i c c s d d a c d c o d d p l l d f t d i s e q c d m b t d s c h d t v d s p d t v d v b d v b c d v b s 2 d t e i r p e n o b e t s i f d f e c f i f o 英文缩写说明 a n a l o g t o - d i g i t a lc o n v e r t e r a s y m m e t r i c a ld i g i t a ls u b s c r i b e rl o o p a d v a n c e dd i g i t a lh d t v a u t o m a t i cg a i nc o n t r o l a p p l i c a t i o ns p e c i f i ci n t e g r a t e dc i r c u i t s a d v a n c e dt e l e v i s i o nr e s e a r c hc o r 塔o n i u m a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e a d d i t i v ew 恤eg a u s s i a nn o i s e b i te r r o rr a t e b i n a r yp h a s es h i f tk e y i n gm o d u l a t i o n c h a n n e lc o m p a t i b l ed i g i c i p h e r c o o r d i n a t er o t a t i o nd i g i t a lc o m p u t e r c a n o n i cs i g n e dd i g i t d i g i t a l - t o a n a l o gc o n v e r t e r d i g i t a lc o n t r o l l e do s c i l l a t o r d e c i s i o n d i r e c t e dp h a s e - l o c k e dl 0 0 p d i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m d i g i t a ls a t e l l i t ee q u i p m e n tc o n t r o l d i g i t a lm u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g - t e r r e s t r i a l d i g i t a ls p e c t r u mc o m p a t i b l eh d t v d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g d i 西t a lt e l e v i s i o n d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g d 磷t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g c a b l e d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g s a t e l l i t e d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g - t e r r e s t r i a l e q u i v a l e n ti s o t r o p i cr a d i a t e dp o w e r e q u i v a l e n tn u m b e ro fb i t s e u r o p e a nt e l e c o m m u i l i c 撕o n ss t a n d a r d si n s t i t u t e f r e q u e n c yd e t e c t o r f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n f i r s t - i n , f i r s t - o u ts h i f tr e g i s t e r 英文缩写说明 f i r f s k g a h d t v i e e e i f i f f t i r d i s d b i s i i t u l n b m l m p e g m u s e n c o p a m p d p l l p s k p w m q a m q p s k r f r s r t l s a w s n r t s v g a v l s i v s 、r f i n i t ei m p u l s er e s p o n s e f r e q u e n c ys 1 l i f tk e y i n gm o d u l a t i o n g r a n da l l i a n c e h i g l ld e f i n i t i o nt e l e v i s i o n i n s t i t u t eo fe l e c t r i c a la n de l e c t r o n i ce n g i n e e r s i n t e r m e d i a t ef r e q u e n c y i n v e r s ef a s tf o u r i e rt r a n s f o i t s i n t e g r a t e dr e c e i v e rd e c o d e r i n t e g r a t e ds e r v i c ed i g i t a lb r o a d c a s t i n g i n t e rs y m b o li n t e r f e r e n c e i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu 1 1 i o n l o wn o i s eb 1 0 e kd o w n - e o n v e r t e r m a x i m u ml i k e l i h o o d m o v i n gp i c t u r e se x p e r t sg r o u p m u l t i p l es u b n y q u i s ts a m p l i n ge n c o d i n g n u m e r i c a l l yc o n t r o l l e do s c i l l a t o r p u l s ea m p l i t u d em o d u l a t i o n p h a s ed e t e c t o r p h a s el o c kl o o p p h a s es h i f tk e y i n gm o d u l a t i o n p u l s ew i d t hm o d u l a t i o n q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n q u a d r a t u r ep h a s es l l i nk e y i n gm o d u l a t i o n r a d i of r e q u e n c y r e e d - s o l o m o n r e g i s t e rt r a n s f e rl e v e l s u r f a c ea c o u s t i cw a v e s i g n a lt on o i s er a t i o t r a n s f e rs t r e a m v 撕a b l eg a i na m p l i f i e r v e r yl a r g es c a l ei n t e g r a t e dc i r c u i t v o l t a g es t a n d i n gw a v e r a t i o 第一章绪论 第一章绪论 通信与信息技术的迅猛发展已经引发了整个电视广播产业链的巨大变革，数 字电视正是这一变革中的关键环节。随着电视广播技术的全面数字化，传统的电 视传播媒体将在技术、功能上逐步与信息、通信领域相互融合，从而形成全新的、 庞大的数字电视产业。这一新兴产业已经引起了各界的广泛的关注，世界各国都 根据自己的国情，分别制定出了由模拟电视向数字电视过渡的方案和产业目标。 数字电视已被各国视为新世纪的战略技术。由此预计，数字电视将成为继电信引 爆i t 之后的又一大“热点”。数字电视将是电视发展史上又一次重大的技术革命。 数字电视不但是一个由标准、设备和节目源等多个部分相互支持和匹配的技术系 统，而且将对相关行业产生深远的影响并促进其发展。 本章首先介绍本文的研究背景，然后简述卫星数字电视传输系统的基本结构 框架，接着介绍本文的工作内容和研究意义，最后是论文的结构安排。 1 1研究背景 1 1 1 数字电视的发展概况 1 9 7 3 年，数字信号处理技术开始应用于电视广播的传输；1 9 7 9 年，英国伦敦 开通了世界上第一个“图文电视 系统；1 9 8 5 年英国电信公司( b d 推出业界第一 综合数字通信网络，它向用户提供语音、图表、传真、电视终端等业务；1 9 8 9 年，美国通用仪器首次演示了在电视频道中，把模拟信号转化为数字信号的实验 【1 】。 目前，世界各国都相继展开了各自的数字高清晰度电视。 1 9 9 5 年，欧洲1 5 0 个成员组织合作开发了数字视频广播( d v b ) 项目，并成立 了d v b 联盟。d v b 联盟是由3 0 多个国家的2 3 0 多个成员组成的国际机构。d v b 联 盟共同制定了数字电视的d v b ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t ) 标准【2 】。这是一套有关电 视广播系统的统一标准，其中包含了所数字卫星电视广播( d v b s ) 、数字有线电 视广播( d v b c ) 、数字地面电视广播( d v b t ) 等一系列的标准。1 9 9 7 年，法国开 始第一批数字电视服务，截止n 2 0 0 2 年，法国的数字电视运营商巾s 已经有超 过1 1 0 万的订户。整个法国已有3 0 的家庭订阅了数字电视服务。1 9 9 8 年1 0 4 ， 第一个地面数字电视b b c 的o nd i g i t a l 在英国开播，并建立互动电视平台o p e n 。 从1 9 9 6 年开始，欧洲数字电视市场持续增长；至t j l 9 9 9 年，欧盟国家基本上都拥有 了自己的数字电视广播。欧洲有关组织制定的欧洲各国向数字广播过渡的工作计 划则是n ：0 2 0 年全部实现数字电视广播替换模拟电视广播。 日本是数字电视研究与开发起步最早的国家之一。早在1 9 8 5 年它就建立了 圳s e 制式。1 9 8 8 年在汉城奥运会上首次进行大屏幕的h d t v 试播。1 9 9 6 年，日 第一章绪论 本p e r f e c tt v 开始使用c s 卫星进行卫星数字电视广播，从此日本数字电视用户持 续增长。至i j 2 0 0 3 年，卫星d t v 直接接收用户总数达至w j 7 0 0 多万。日本计划至u 2 0 1 0 年完成所有数字化改造，并在2 0 1 1 年关闭模拟电视。 与欧洲和日本相比，美国的h d t v 的研究起步较晚，但是它利用了其在数字 电视方面的优势，特别是1 9 9 3 年成立的数字f i d t v 大联盟( g a ) ，使得它现在在 h d t v 的发展中起到了举足轻重的作用。1 9 9 4 年，g a 推出了数字f i d t v 大联盟制 式，它充分吸取了本国各主要数字电视制式的优点，并且也参考了从日本和欧洲 的研究成果，因此标准高，方法灵活。1 9 9 6 年1 2 月，美国正式颁布了由a t s c 委 员会制定的主要用于地面广播数字电视标准，称之为d t v 。1 9 9 7 年4 月，由批准 实施了数字电视地面广播的时间表和频道分配方案。据c e a 调查统计，美国数字 电视市场1 童1 2 0 0 2 年后每年以一倍的速度呈现高增长趋势。美国制定了f 1 d t v 发展 的1 5 年计划，在过渡期采用同播制模式，而在正式播出h d t v 的1 5 年后，全部采 用h d t v 播出节目。 我国政府也十分重视高清晰度电视f i d t v 的研究与开发。9 0 年代初就开始进 行数字高清晰度电视的相关研究与开发。1 9 9 4 年，国家批准成立了“数字高清晰 度电视重大科技产业工程项目”，国务院成立了数字高清晰度电视研究开发协调 小组。1 9 9 6 年高清晰度电视列被列为国家重大科技产业工程项目。在国家的高度 重视与支持下，1 9 9 8 年我国第一台完全自主开发的高清晰度电视功能样机系统在 北京试验成功，为我国发展数字高清晰度电视奠定了坚实的基础，也使得我国成 为继美国、欧洲和日本之后世界上第四个拥有数字高清晰度电视地面广播传输系 统的国家。 广电总局在“2 0 1 5 年远景目标发展规划”中明确提出，2 0 0 3 年实现我国数字电 视卫星直播，n 2 0 0 5 年，全国有四分之一的电视台开通数字电视节目，2 0 1 0 年全 面实现广播电视的数字化，2 0 1 5 年停止模拟电视播出。t j 2 0 0 0 年8 月国家计委批 准建立北京、上海、深圳三个数字电视试验区以来，到现在为止数字电视试验区 已经达至1 1 9 个。目前广电总局又确定了1 6 个省、6 6 个城市作为首批市场运作试点 城市。北京市把数字电视列入全市十大系统工程之首，拨出9 0 0 0 万元专款予以支 持，并提出至1 j 2 0 0 8 年全面实现数字电视，2 0 0 8 奥运会将实现以数字高清晰度方式 向全世界转播。深圳、上海也拨出专款予以支持。目前，北京深圳提出在2 0 0 5 年全面实现数字电视，停止模拟电视的播出。从目前情况看，全国数字电视推广 势头非常迅猛。专家们预计，数字电视的全面普及时间将会比原定计划提前。 1 1 2 数字卫星广播系统 近年来，以数字视频压缩技术为核心的数字电视得到了飞速发展，并得到了 日益广泛的应用，其中最受关注的是卫星直播电视( d t h ) 。据有关统计，d t h 正在世界各国蓬勃发展，其中美国最大的d t h 平d i r e et v 的用户已达500 万 户，全世界的d t h 用户超过了20 o0 万，并且这一数字还在不断增长。d t h 不 第一章绪论 仅在欧美发达国家得到广泛应用，同时越来越多的国家也已经或正在积极开展这 一新兴业务，南美、非洲和亚洲都有国家建立了d t h 平台，d t h 的飞速发展已 引起了业内人士愈来愈强烈的兴趣，不断成为世界各个垫子展览会的热门话题。 可以说，d t h 必将在下一世纪引起广播电视的一次革命。 近年来卫星广播事业得到了迅猛发展。而数字技术的发展，更把卫星电视广 播带入了一个新时代，开辟了卫星广播的多功能利用，推动了信息的全面交流， 促进了社会的发展。 从技术上讲，卫星传输数字电视共有两种方式：一种方式是首先将接收到的 数字电视信号传送到有线电视前端，再由有线电视台将数字信号转换成模拟电视 信号传送到用户家中，我国目前的压缩上星传输采用的就是采用的这种方式；另 一种方式是将数字电视信号直接传送到用户家中，既d t h 方式。这两种方式的主 要区别是第一种方式的转发器功率较小，需要较大的接收天线来进行卫星信号的 地面接收：而d t h 方式的转发器功率一般都比较大，可以采用较小的天线接收( 一 般在l 米以下) ，这样普通家庭就可以使用。除接收天线不同之外，两种方式最 本质的区别在于，d t h 方式可以提供直接到户的用户数据授权和信息加密管理， 开展数字电视、高清晰度电视等多种类型的先进电视服务，不受地理环境和中间 环节的限制。此外，在这样的优势条件下d t h 方式还可开展许多电视业务之外的 数字信息服务，如高速i n t e r n e t 下载、互动信息服务、信息收集等，在电视与电 脑、电信日益融合一体的今天，这一点显得非常重要。 目前，d t h 国际上存在两大标准：欧洲标准d v b s 和美国标准 d i g i c i p h e r 。而且这两个标准现在都有其各自的新一代标准，即d v b s 2 和 d i g i c i p h e r 2 ，新一代标准比原来的标准信道容量更大，信号传输质量更好。 从我国的国情出发来看，卫星直播电视是解决全国电视覆盖盲区的唯一手 段。即使在人口密集的城市和沿海地区，若要将3 0 0 - 4 0 0 套电视送入千家万户， 卫星电视也要比微波传输的经济性好，收视效果好，至少不会因高层建筑、地理 环境和其他射电源影响而产生重影或干扰。 如图1 1 所示，一个典型的卫星数字电视广播系统主要由三部分组成：上行 发射站、卫星转发器、地面接收站。 上行发射站把节目制作中心送来的信号( 可以是数字电视信号、数字广播、 视频、音频信号等) 进行数字处理，经过射频a 强) 调制之后变成微波信号发送到 卫星上； 卫星上的转发器将从地面上行站送来的微波信号转换之后发射回地面。设在 地面的接收机将卫星信号接收下来进行信道解调、信道解码、解复用以及视频音 频解码，重新得到正常的视频信号和音频信号，直接送到电视监视器或电视机， 最后恢复成音频、视频信号，送到电视机中再现节目，也可以重新调制到电视频 道上传送给其他卫星广播接收用户。 第一章绪论 麓鬯熏 黪鳝篷鎏耋鎏筮髦i 翳l 孵缓荔鹈瑟i 篱瑟鬣蒸镬嘲孥黪i 图1 1 卫星数字电视广播系统 卫星 1 2论文的主要内容和研究意义 从欧洲电信标准协会( e t s i ) 的e t s3 0 04 2 1 算起，d v b s 作为当今广播电 视领域的主流卫星传输标准，问世已逾十年，在世界范围内得到广泛应用。然而， 十年的使用期也同时意味着d v b 。s 的核心技术与当今相关领域的前沿技术水平 渐行渐远，因此，基于当前硬件支持能力和编码算法的最新成果，开发更适应当 前乃至未来中长期业务发展需求的技术标准就成为当务之急，d v b 一$ 2 1 3 也因此 呼之欲出。因此，2 0 0 4 年6 月，e t s i 公开发布d v b s 2 草案，并于2 0 0 6 年确定了 这一标准。d v b s 2 设计的指导思想是在合理的复杂程度下达到最优的传输性能 及可扩展性。 本文的重点就是研究新一代卫星数字电视标准d v b s 2 接收系统，并完成其 中关键算法研究以及算法的v l s i 实现。首先，深入调研d v b s 2 标准，介绍其特 点。结合卫星传输信道，对整个解调器进行系统算法建模，同时给出解调器实现 的各项性能指标。其次，研究当前现有关于d v b s 2 解调器实现的数据资料，比 较各种算法的优缺点，对各个关键模块的算法和硬件实现进行改进和优化。由于 卫星信道的典型性，噪声和载波频率偏差是其主要的干扰因素，因此针对这一信 道特征本文提出性能更好的算法和硬件实现来抵抗恶劣噪声和大的载波频率偏 函渤 第一