數(shù)字電視接收機中降低同頻干擾的方法
2013-09-04 10:14:00 來源:電子變壓器與電感網(wǎng) 點擊:7116
l 引言
模擬電視是以殘留邊帶調(diào)幅(Amplitude M0dulation-Vestigial Sideband,AM-VSB)方式頻分復(fù)用傳輸?shù)?,其特點是有明確的載波頻率。
電視圖像信號被調(diào)制到頻率為f1的載波上,為避開圖像信號的主要能量區(qū)域,又要在8 MHz帶寬內(nèi),伴音信號被調(diào)制到頻率約為.f1+6 MHz的載波上,而彩色副載波在f1+4 MHz處有一個跳動的峰,隨著圖像色飽和度的不同而變化。而數(shù)字電視是由MPEG一2傳輸流經(jīng)信道編碼對高頻載波進行調(diào)幅、調(diào)相或調(diào)幅與調(diào)相相結(jié)合,形成數(shù)字電視信號,且這里的調(diào)幅是平衡調(diào)幅,抑制了載波分量。因而從頻譜分析儀上看,一個數(shù)字頻道的已調(diào)信號頻譜,像一個被抬高的噪聲平臺,均勻平鋪于整個帶寬之內(nèi),且整個限定帶寬內(nèi)無峰。
當(dāng)數(shù)字電視信號和模擬電視信號在同一個頻段中傳輸時,模擬電視信號疊加在數(shù)字信號上,使得數(shù)字電視接收機收到的信號頻譜在限定帶寬范圍內(nèi)出現(xiàn)3個峰(其中1個會跳動),這種現(xiàn)象被稱作模擬同頻干擾。如不處理,會影響后續(xù)的信號處理過程(如均衡、解碼),降低接收機整體性能[1]。
2 模擬電視信號的傳輸
模擬電視圖像信號一般通過調(diào)幅方式從發(fā)射塔發(fā)射出去,音頻一般采用調(diào)頻方式,并且視頻和音頻信號分別傳輸,因此模擬電視有圖像載波、色度載波和音頻載波3個主要的帶內(nèi)信號[2]。如圖1所示,中心頻率是714 MHz,水平方向上的方格間的頻率間隔為l MHz。在約711.2 MHz處可看到一個明顯的峰,這是模擬電視信號的圖像載波;色度載波在約715.5 MHz處,是一個較小的峰;音頻載波在約717.8 MHz處,峰值比圖像載波略小。從718 MHz開始的頻段,是一個相鄰的數(shù)字電視頻道的頻譜。圖像載波和音頻載波的幅度較高(用天線接收,測得圖像載波的幅度約為一53 dBm,音頻載波的幅度約為一62 dBm),若不處理,會嚴(yán)重影響數(shù)字電視信號的接收。另外,圖像載波信號和音頻載波信號,并不是單一的單頻干擾,具有一定的帶寬。
3模塊設(shè)計結(jié)構(gòu)
去同頻干擾模塊在整個數(shù)字電視接收機中的位置如圖2所示。本模塊選用Altera公司的Stratix系列FPGA實現(xiàn)。
去同頻干擾模塊分為3個部分:1)檢測判斷模塊,用于檢測接收信號中是否含有同頻干擾以及位置。由于同頻干擾在頻域上幅度很大,所以可對輸入信號做傅立葉變換(FFT),把時域信號轉(zhuǎn)化到頻域上分析處理。通過比較各頻點幅度值的大小,找出峰值的位置和幅度,再把峰值幅度與某個門限比較,如大于門限則認(rèn)為是同頻干擾,否則認(rèn)為是受到信道噪聲影響;2)同頻干擾消除模塊。先根據(jù)檢測模塊找到的同頻干擾位置搬移信號頻譜,使同頻干擾位于零頻率處,然后用高通濾波器濾除同頻干擾,最后用反向頻譜搬移模塊把信號的頻譜搬回原來的位置;3)數(shù)字自動增益控制(AGC)。由于消除同頻干擾后的信號幅度會降低,所以要用AGC控制輸出信號的功率,使其穩(wěn)定在參考功率值附近。
由于同時存在圖像載波干擾和音頻載波干擾,所以需要2次消除過程,且第2次要在第1次反搬移之后再進行。由于FFT消耗大量硬件資源,所以檢測模塊一次性找出最大峰值位置(binl)和次大峰值位置(bin2),避免對第1次消除同頻干擾后的數(shù)據(jù)再進行一次FFT。但此設(shè)計需要注意以下兩個問題:
1)由于兩個載波干擾都不是單頻干擾,具有一定的帶寬,所以在尋找次大峰時,需在最大峰的位置開窗,并在窗外尋找,否則會把緊靠在最大峰旁邊的峰認(rèn)為是次大峰,這樣第2次消除過程不但沒有消掉伴音載波干擾,還損傷了有用信號。
2)由于信號的隨機性和FFT存在著固有的計算精度誤差(如本設(shè)計采用2 048點FFT[3-4],在15 MHz采樣頻率下,最小的頻率分辨力為7.3 kHz左右),根據(jù)單次F丌的結(jié)果來檢測會有較大誤差,尤其是伴音載波位置的判決,所以本設(shè)計采用多次FFT結(jié)果的平均值來檢測兩個峰值的位置。
本設(shè)計采用一階無限長脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器作為高通濾波器,通過調(diào)節(jié)系數(shù)使帶寬和帶外抑止均滿足要求。由于圖像載波信號干擾比伴音載波信號干擾大約高8~10 dB,所以兩級濾波器的帶寬和帶外抑止是不同的,第2級帶外抑止要比第l級小。本設(shè)計中,第1級高通濾波器的參數(shù)為:ao=1,a1=63/64.,bo=1,b1=一1,對應(yīng)的零點為1,極點為63/64,帶寬為36.62 kHz(見圖3);第2級高通濾波器的參數(shù)為:a0=1,a1=127/128,6。=l,6.=一1,對應(yīng)的零點為1,極點為127/128,帶寬為18.31 k.Hz(見圖4)。經(jīng)過多次實驗驗證,這種組合效果理想。
設(shè)計數(shù)字AGC時,最重要的是步長的變化范圍。步長過大,AGC不穩(wěn)定,抖動很大;步長過小,AGC收斂速度慢,不能在短時間內(nèi)跟蹤幅度的變化。
圖5為消除同頻干擾模塊內(nèi)各部分的框圖[5-6]。
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4 仿真結(jié)果
仿真采用模擬電視信號與數(shù)字電視信號的混合信號。前者是天線接收到的模擬電視信號,幅度為一50 dBm;后者是數(shù)字調(diào)制器發(fā)出的數(shù)字電視信號,幅度可調(diào)。通過調(diào)節(jié)信道仿真器使數(shù)字電視信號的幅度逐漸降低,當(dāng)降低到一59 dBm時,接收機可正常工作,再降低就會產(chǎn)生誤碼。當(dāng)調(diào)制器使用低碼率(4QAM)時,信號降低到一64 dBm,接收機仍可正常工作,再降低就會產(chǎn)生誤碼。
通過觀察邏輯分析儀采到的數(shù)據(jù),檢測出的峰值位置就是同頻干擾的位置。對采樣得到的混合信號數(shù)據(jù)作功能仿真,通過對比發(fā)現(xiàn),對FFT結(jié)果多次平均后,更容易檢測出圖像載波干擾和伴音載波干擾,尤其是伴音載波干擾。而用單次FFT結(jié)果作檢測時,次最大峰的位置變化比較頻繁,經(jīng)常出錯[7]。
通過觀察數(shù)字AGC穩(wěn)定時控制字變化范圍和輸出信號的平均功率,可判斷AGC是否正常工作??刂谱值姆讲顬?.006,而輸出信號的平均功率也與參考功率很接近。
仿真的輸入混合信號數(shù)據(jù)、消除1個同頻干擾和消除2個同頻干擾后輸出數(shù)據(jù)的頻譜分別如圖6~8所示??梢娫撃K消除了2個同頻干擾,同時信號的幅度沒有損失。
5 小結(jié)
數(shù)字電視地面廣播標(biāo)準(zhǔn)已頒布實施,在一段時期內(nèi),數(shù)字電視信號和模擬電視信號必然共存,而在有限的頻譜資源中傳輸多種電視信號,頻譜會變得擁擠,再加上接收濾波器的帶外抑制不理想,很容易產(chǎn)生模擬電視對數(shù)字電視信號的同頻干擾,這種干擾將直接影響數(shù)字電視接收效果,因此如何消除同頻干擾成為一個必須解決的問題。本設(shè)計在Altera公司的Stratix系列FPGA上實現(xiàn),總共消耗了約12 OOHD個LE,有效降低了同頻干擾,硬件資源消耗不大,是一種可行的方案。
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現(xiàn)代數(shù)字電視背面的連接I/O面板包括多個互連器,如RCA音頻插孔、RJ45以太網(wǎng)、D-Sub PC連接器、USB端口、一個21針SCART 連接器和幾個HDMI連接器。
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同洲電子的遭遇在一定程度上反映中國機頂盒市場的發(fā)展情況,即在經(jīng)過中國廣電免費發(fā)放機頂盒普及和數(shù)字電視推進兩者的共同繁榮之后,機頂盒隨即遭遇市場飽和、需求疲軟、利潤萎縮、新品替代、融資困難等多重壓力。機頂盒真的走到了盡頭?磁件企業(yè)在這股寒潮中能否借新風(fēng)口起飛?
本文針對全球掀起的數(shù)字電視無線發(fā)射熱潮,對數(shù)字電視發(fā)射機的發(fā)展技術(shù)特點趨勢進行了較詳細(xì)地介紹和分析。論述了數(shù)字電視發(fā)射機中所使用的數(shù)字自適應(yīng)預(yù)校正技術(shù)、LDMOS技術(shù)、N+1技術(shù)和發(fā)射機的冷卻技術(shù)等以及使用這些新技術(shù)的優(yōu)勢。
一般來說,數(shù)字電視可以被分解為不到10個主要的模塊:顯示器(和驅(qū)動器)、核心媒體引擎、音頻編解碼和處理、視頻編解碼和處理、調(diào)諧器、接口模塊和電源。對每一個模塊的絕對性能要求由你最喜歡的座位的舒適體驗的性能水平來定義。
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