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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。