Eureka-147 數位音訊廣播系統基頻收發機設計｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	謝明穎 Ming-Ying Hsieh
論文名稱：	Eureka-147 數位音訊廣播系統基頻收發機設計 An Eureka-147 DAB Baseband Transceiver
指導教授：	馬席彬 Hsi-Pin Ma
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電機資訊學院 - 電機工程學系 Department of Electrical Engineering
論文出版年：	2007
畢業學年度：	96
語文別：	中文
論文頁數：	79
中文關鍵詞：	數位音訊廣播、正交分頻多工、維特比
外文關鍵詞：	DAB, OFDM, viterbi
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數位音訊廣播是繼幅、調頻廣播之後的第三代廣播, 透過數位音訊廣播其較佳的頻譜利用, 可以節省頻譜資源以及廣播電台頻道取得的困難。本篇論文提出一個數位音訊廣播系統的設計, 我們依照歐洲電信標準協會(ETSI) 提供的標準, 在通道不理想效應上考慮了正負10ppm 之載波頻率偏移及取樣頻率偏移, 多重路徑使用同是廣播系統數位視訊廣播使用的固定接收通道(F1) 和可攜式接收通道(P1), 此外, 為符合數位廣播系統可以在移動的系統上使用, 加入了都卜勒效應。
在接收端的實體層, 我們依照歐洲電信標準協會(ETSI) 提供的標準參數, 設計接收機的同步和補償。接收機的第一個步驟是訊框的偵測, 這部分的同步我們是利用循環字首和前置碼, 用延遲和相關演算法使用循環字首抓到訊框, 然後使用匹配濾波器來尋找符元邊界, 在時域上, 我們仍舊用延遲和相關演算法來做估計載波頻率偏移之值並且補償之, 在經過傅利葉轉換後, 使用匹配濾波器解決載波頻率偏移造成的子載波偏移, 在加了都卜勒效應, 模擬車速130km/hr 下不同的通道模式, 仍舊可以解回傳輸的資料, 證實在系統對於資料傳輸量不大時, 差動調變確實可以取代通道估測的步驟。編碼正交分頻多工在時域和頻域有進行交錯動作, 因此, 在接收端須要進行反交錯的動作, 資料最後經過維特比解碼器, 利用維特比解碼器來提升資料的正確率。在完成系統後, 將傳送端放入FPGA 板中, 而接收端則以systemc 來接收, 兩者通過PCI 介面傳輸來進行驗証。

介紹1
1 數位音訊廣播. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 研究動機. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
3 章節架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
系統描述和相關理論5
1 數位廣播系統. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1 簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 傳輸端. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 訊框格式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4 系統參數. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.5 同步通道. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2 迴旋編碼和維特比演算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1 迴旋編碼. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2 最大相似方式解迴旋碼. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 維特比演算法的介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3 正交分頻多工系統. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4 單頻網. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
架構設計23
1 傳輸端架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.1 系統方塊圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.2 通道編碼. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3 剔除程序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.4 時間交錯. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.5 頻率交錯. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.6 差動四相位鍵移. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2 接收機架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1 系統方塊圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.2 訊框偵查. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.3 邊界同步. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.4 分數載波頻率誤差補償. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.5 頻域上的整數載波頻率誤差補償. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.6 通道估計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.7 解碼器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
系統模擬41
1 通道不理想效應. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
1.1 外加性白色高斯雜訊. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
1.2 多重路徑通道模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
1.3 載波頻率偏移. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
1.4 取樣頻率偏移. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2 模擬結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.1 邊界偵測. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2 載波頻率同步. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.3 多重路徑下的模擬. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.4 都卜勒效應. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.5 取樣頻率偏移. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
電路設計及驗證平台57
1 差動四相位鍵移. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2 傅利葉轉換器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3 資料重排單元. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4 四相位鍵移. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5 維特比電路設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.1 分支路徑計量單元. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.2 加/選擇/比較單元. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.3 路徑值儲存單元. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.4 路徑值歸一化電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.5 存活路徑儲存單元. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6 硬體合成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
7 軟硬體介面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
8 使用者介面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
結論與未來展望75
1 結論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
2 未來展望. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

                                

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