《電子技術(shù)應(yīng)用》
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DTMB系統(tǒng)的同步算法設(shè)計與實現(xiàn)
來源：電子技術(shù)應(yīng)用2012年第8期
趙慧冬，黑 勇，喬樹山
中國科學(xué)院微電子研究所，北京100029
摘要： 針對DTMB系統(tǒng)設(shè)計并實現(xiàn)了一種同步方案。該方案采用延遲相關(guān)和本地互相關(guān)的聯(lián)合同步算法，準(zhǔn)確地完成信號幀同步，通過載波頻偏估計和糾正有效地抵抗多徑和頻偏的影響。仿真表明在多徑信道下該方案能夠準(zhǔn)確地實現(xiàn)幀同步和載波頻偏估計。該聯(lián)合同步方案復(fù)雜度低，易于硬件實現(xiàn)。
關(guān)鍵詞： DTMB 同步 載波頻偏
中圖分類號： TN919.3
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
文章編號： 0258-7998(2012)08-0056-03
Design and implementation of synchronization for DTMB
Zhao Huidong，Hei Yong，Qiao Shushan
Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029，China
Abstract： This paper provides an effective synchronization scheme for DTMB system. The scheme adopts a joint delay correlation and local correlation synchronization algorithm, which achieves a good performance. The effect of multipath and carrier frequency offset is corrected by carrier frequency correction. Simulation results indicate that the scheme can achieve frame synchronization and carrier frequency correction in multipath channel. The structure of scheme has low complexity and is easy to implement.
Key words : DTMB；synchronization；frequency offset

    數(shù)字電視地面多媒體廣播DTMB（Digital Television Terrestrial Broadcasting）標(biāo)準(zhǔn)是我國廣播領(lǐng)域中唯一的強制性標(biāo)準(zhǔn)，適用于固定和移動兩種數(shù)字電視接收模式[1]。DTMB采用單載波和多載波兩種調(diào)制方式，多載波調(diào)制方式使用TDS-OFDM(Time Domain Synchronous Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)，與傳統(tǒng)OFDM技術(shù)相比采用不同的保護(hù)間隔填充方式。即采用幀頭充當(dāng)保護(hù)間隔，提高了系統(tǒng)的傳輸效率和頻譜利用率[2]。TDS-OFDM系統(tǒng)的同步完全在時域上進(jìn)行。

    本文針對DTMB系統(tǒng)設(shè)計并實現(xiàn)了幀同步，同時糾正了載波頻偏的影響，進(jìn)而確定正確的幀頭模式和生成相位序號。通過延遲相關(guān)和本地相關(guān)聯(lián)合同步算法準(zhǔn)確地跟蹤幀頭位置。
1 幀結(jié)構(gòu)
    DTMB系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)的基本單元是信號幀。信號幀由幀頭和幀體兩部分組成，如圖1所示。幀頭包括前同步、PN序列和后同步三部分。為了適應(yīng)不同應(yīng)用條件，DTMB協(xié)議規(guī)定了三種幀頭模式及相應(yīng)的信號幀結(jié)構(gòu)，三種幀頭模式中，幀頭分別是420個符號、595個符號和945個符號。以幀頭模式為420個符號的PN420為例，其幀頭序列由一個8階循環(huán)移位寄存器（LFSR）產(chǎn)生，LFSR的初始相位決定了生成序列的相位。為了使幀頭序列的相關(guān)性盡量小，PN420模式下共有225種不同的相位,在幀同步的同時還需要確定幀頭的模式并跟蹤生成序列的相位。

2 同步方案
    為了在多徑和頻偏條件下得到精確的同步，本文提出采用延遲相關(guān)和本地互相關(guān)聯(lián)合同步的算法。圖2是本文同步和載波頻偏估計的設(shè)計框圖。首先通過延遲相關(guān)判斷出幀頭模式并得到幀頭起始位置的范圍。由于本地互相關(guān)極易受到載波頻偏的影響，因此需要進(jìn)行載波頻偏估計和恢復(fù)后再通過本地互相關(guān)找到精確的同步位置。根據(jù)前后幀峰值間隔判斷出當(dāng)前幀頭的生成序列相位號，從而調(diào)整本地生成序列的初始相位跟蹤接收信號的變化。



4 實現(xiàn)
4.1 PN序列生成

 


    DTMB有三種幀頭模式，因此PN序列生成模塊需要生成三種幀頭模式下所有相位的PN序列，一共能夠生成426種PN序列。生成序列的初始相位存儲在ROM中，根據(jù)輸入使能由三種不同的線性反饋移位寄存器生成不同的序列，如圖 6所示。相位初始值默認(rèn)為PN420中序號為0的初始相位，PN序列生成后輸出給本地相關(guān)。
4.2 相關(guān)運算
    延遲相關(guān)和本地相關(guān)可以共享存儲器、加法器和乘法器。在本地相關(guān)運算中先將數(shù)據(jù)存儲在RAM中，共需要4塊8 192和1塊4 096深度、字長是26的雙端口RAM。然后從RAM中取出數(shù)據(jù)與本地PN序列相乘，再進(jìn)行加法運算。為了節(jié)約運算時間，采用加運算并行執(zhí)行的結(jié)構(gòu)，最終輸出累加結(jié)果xcross_result，如圖7所示。
4.3 同步與FFT
    圖8中同步成功信號search_successs輸出，根據(jù)幀頭數(shù)據(jù)位置計算出FFT起始位置，根據(jù)對應(yīng)的地址生成單元從RAM中找出數(shù)據(jù)的起始地址，將起始地址后面的3 780點數(shù)據(jù)輸入FFT模塊。

    本文設(shè)計并實現(xiàn)了DTMB系統(tǒng)的幀同步算法，通過延遲同步和本地互相關(guān)同步聯(lián)合算法確定精確的同步位置并進(jìn)行載波頻偏糾正。仿真表明，延遲相關(guān)和本地互相關(guān)聯(lián)合同步算法能夠精確地找到幀頭起始位置并準(zhǔn)確跟蹤幀頭的相位信息。
參考文獻(xiàn)
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