基于FPGA的移动DTV调制系统技术的数字通june09_1.pdf

### 基于FPGA的移动DTV调制系统关键技术研究 #### 一、研究背景与意义 随着信息技术的快速发展，移动数字电视(DTV)已成为现代通信领域中的一个重要分支。为了提高移动DTV系统的性能，研究者们不断探索新技术，其中基于FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)的移动DTV调制系统技术显得尤为重要。FPGA以其高度的灵活性和并行处理能力，在实现复杂的信号处理任务时具有明显的优势。 #### 二、关键技术和方法 ##### 2.1 TDS-OFDM技术 - **定义**: TDS-OFDM(Time Domain Synchronous Orthogonal Frequency Division Multiplexing，时域同步正交频分复用)是一种特殊的OFDM技术，适用于移动通信环境。 - **特点**: 采用3780个子载波，这与传统的2的幂次不同，增加了算法设计的复杂性。 - **应用场景**: 主要应用于移动DTV调制系统中，特别是在公交站牌等城市公共交通场景下的应用。 ##### 2.2 IFFT算法的设计与优化 - **问题**: 针对3780个子载波的特殊情况，传统的基-2或基-4 FFT算法无法直接应用。 - **解决方案**: - 深入分析Cooley-Tukey、Winograd和素因子三种离散快速傅立叶变换算法的特点和性能。 - 综合利用这些算法的优势，设计出一种新的适用于3780点IFFT的算法。 - 通过Matlab验证和基于FPGA的仿真，确保算法的有效性和可行性。 - **效果**: 新算法的加法、乘法次数接近于4096点FFT算法，大大提高了计算效率和资源利用率。 ##### 2.3 基带成形滤波器的设计 - **挑战**: 在移动DTV系统中，平方根升余弦滚降滤波器的0.05滚降系数在实际实现中非常苛刻。 - **方法**: - 利用alteria公司的DE2平台和FPGAMatlab工具采用等纹波最优滤波方法设计169阶数字滤波器。 - 通过四倍插值的方法实现I、Q合路的FPGA设计，降低运算量，节省乘法器资源。 - **效果**: 设计的滤波器阻带衰减达到了46.9dB，满足了移动DTV国家标准的要求。 #### 三、研究流程与步骤 1. **深入研究移动DTV国家标准**：了解移动DTV的技术规范和要求，为后续的设计和开发提供依据。 2. **系统调制设计规划**：根据移动DTV的特性和需求，规划整体的调制系统架构。 3. **关键技术设计与实现**： - **星座映射、系统信息插入**：确保数据传输的准确性和可靠性。 - **帧体数据处理**：对传输的数据进行有效管理和处理。 - **PN序列插入的帧形成模块**：增强数据的安全性和抗干扰能力。 - **成形滤波模块**：保证信号的质量和稳定性。 4. **算法设计与优化**：针对3780个子载波的特点，设计并优化IFFT算法。 5. **FPGA实现与测试**：在FPGA平台上实现设计方案，并进行详细的测试和验证。 #### 四、结论 本文研究了基于FPGA的移动DTV调制系统的关键技术，包括TDS-OFDM技术的应用、IFFT算法的设计与优化以及基带成形滤波器的设计。通过深入分析和比较不同的算法和技术方案，设计出了适用于3780个子载波的高效IFFT算法，并成功地在FPGA平台上实现了移动DTV调制系统的各个模块。这些成果不仅推动了移动DTV技术的发展，也为其他类似的应用提供了有价值的参考和借鉴。