用於準實時信號分析儀的中國移動數字多媒體廣播信號解調分析方法
2023-06-05 21:56:06
專利名稱：用於準實時信號分析儀的中國移動數字多媒體廣播信號解調分析方法
技術領域：
本發明屬於中國移動數字多媒體廣播(CMMB)信號解調分析技術領域。
背景技術：
2006年10月M日，國家廣電總局正式頒布中國移動多媒體廣播(俗稱手機電視) 行業標準，確定採用我國自主研發的移動多媒體廣播行業標準。CMMB信號相對於有線電視信號和DTMB (數位電視地面多媒體廣播)信號最大的特點就是在一個頻道內傳送的電視節目的調製方式是不固定的。BPSK (雙相移相鍵控)、QPSK (四相相移鍵控)和16QAM (正交幅度調製)的信號是可以任意分時組合發射的。目前的CMMB信號分析，有實時分析和準實時分析兩種。實時分析基本上是採用晶片或者FPGA解調的方案，實施難度大，靈活性差。準實時分析是用DSP+FPGA+ASIC晶片的方式對信號邊採集，邊處理輸出，解調輸出是不連續的。 準實時分析的複雜度相對較低，實現靈活。但是因為CMMB信號的特性，適用於其他標準的隨機採集，然後處理數據的方法，因為CMMB信號調製方式的不固定性，導致MER (調製誤差率)、EVM (矢量誤差)和EW (噪聲容限)等參數的統計特性不能反映信道的普遍狀態。
發明內容
本發明目的是解決現有方法因CMMB信號調製方式的不固定性，導致MER (調製誤差率)、EVM (矢量誤差)和EW (噪聲容限)等參數的統計特性不能反映信道的普遍狀態的問題，提供一種用於準實時信號分析儀的中國移動數字多媒體廣播信號解調分析方法。本發明採用準實時信號分析儀中DSP自帶的定時器，結合CMMB信號的特性，定時採集指定時隙信號數據，進行解調輸出，使得測試結果更加準確，更具有工程參考價值。本發明提供的用於準實時信號分析儀的中國移動數字多媒體廣播信號解調分析方法的具體步驟是
第1、數據採集
第1. 1、FPGA在數據採集控制模塊的控制下，定時採集準實時信號分析儀的中頻信號， 並對數據進行下變頻和低通濾波的預處理，將處理之後的數據存貯在DSP的外存儲器同步動態隨機存儲器SDRAM之中供信號解調用； 第1. 2、數據採集控制模塊的工作流程
解調伊始，設置定時器的定時時長為1秒，設置CMMB解調的當前時隙號等於目標時隙號，並且不啟動fft模塊、有效數據提取和解擾模塊以及信道均衡模塊的工作；
解調鎖定之後，定時器的定時時長設定為2秒，解調出來的當前時隙號與目標時隙號進行比較，相等，則輸出當前的解調結果，同時等待定時中斷，中斷發生後，進行數據採集；不相等，則補償當前時隙到目標時隙的時間，補償時間=(40+目標時隙號-當前時隙號)X 25ms ；
DSP定時中斷發生後，啟動新的數據採集，進行CMMB解調，確認當前時隙號，開始新的反饋循環；
第2、信號解調
第2. 1、將第1步在定時器控制下採集的數據，進入信號解調，DSP對數據進行插值和匹配濾波，之後進行細小頻偏補償，進入到時隙同步模塊，經時隙同步分離出的信標部分，去做整數倍的頻偏估計，頻偏估計的結果反饋給調諧器，用於更進一步的精確信號鎖定； 第2. 2、OFDM符號的循環前綴和數據體部分做相關，計算小數倍頻偏的值； 第2. 3、小數倍頻偏的數據通過第一環路濾波器1之後，反饋給細小頻偏補償模塊，做細小頻偏的補償；
第2. 4、OFDM符號的數據體部分經fft變換後，提取有效數據，對有效數據進行解擾； 第2. 5、解擾後的數據，按位置提取離散導頻，用離散導頻的相位差估計定時誤差，並將定時誤差通過第二環路濾波器2反饋給插補和匹配濾波，環路濾波器2的結構與環路濾波器1相同，但是環路係數不同；同時用離散導頻進行信道估計，並用估計的結果對數據體部分進行信道均衡；
第2. 6、從信道均衡的輸出中，提取連續導頻中的傳輸指示信息，將傳輸指示信息中的時隙號傳輸到數據採集控制部分，控制下一輪的數據採集； 第3、解調輸出
第3. 1、從採集的數據計算當前的通道功率；
第3. 2、根據第2. 5步信道均衡後的解調結果，輸出星座圖，同時輸出頻率偏移和符號率頻偏解調信息；
第3. 3、星座圖分析
根據輸出的星座圖的結果，計算MER和EVM的值，讀取解調晶片的SLCH業務邏輯信道信息和低密度奇偶校驗碼LDPC、裡德一所羅門碼RS的誤塊數，用誤塊數計算LDPC BLER(誤塊率)/RS BLER0本發明的優點和積極效果
本發明在確保準實時信號分析，實現複雜度低、靈活性高、以及實時解碼的特性的同時，針對CMMB的信號特性，加入數據採集定時控制部分，保證CMMB信號解調輸出的準確性和可參考性。本發明方法已經在天津市德力電子儀器有限公司最新一代的數字準實時信號分析儀(DS8831T和DS8853T)上進行驗證，驗證過程及結果如下
DSP工作頻率200MHz，定時精度1/50M秒，信號鎖定之前定時時長1秒，每次採集100 毫秒的數據；信號鎖定之後定時時長2秒，每次採集50毫秒的數據。載波誤差估計範圍士50KHz，定時誤差估計範圍士20ppm，星座圖MER測試範圍(16QAM)14dB_36dB，時隙號設定範圍0-39，LDPC (低密度奇偶校驗碼)BLER (誤塊率)/RS (裡德一所羅門碼)BLER統計時長1分鐘到72小時。
圖1是CMMB信號幀結構劃分； 圖2是CMMB信號解調過程；圖3是環路濾波器結構； 圖4是數據採集工作流程圖； 圖5是晶片解調出的TS信息； 圖6是DSP解調輸出結果。
具體實施例方式實施例1
CMMB標準是面向手機、PDA (掌上電腦)、MP3、MP4、數位相機、筆記本電腦多種移動終端的系統，利用S波段衛星信號實現全國覆蓋，支持25套電視節目和30套廣播節目。CMMB信號的物理層信號1秒為1幀，劃分為40個時隙，每個時隙的長度是25ms，包含一個信標和 53個OFDM (正交頻分復用)信號。信標由發射機標識和2個相同的同步信號組成，OFDM符號由循環前綴和數據體組成，如圖1所示。本發明根據CMMB信號的特性，設計軟解調方案如圖2所示。整個方案包含三個部分數據採集，信號解調和解調輸出。1.數據採集
FPGA在數據採集控制模塊的控制下，定時採集數據，並對數據進行下變頻和低通濾波的預處理，並將處理之後的數據存貯在DSP的外存儲器同步動態隨機存儲器SDRAM之中供信號解調用。解調的目標時隙號，是用戶根據晶片解調輸出的TS (時隙)信息表來設定的。數據採集控制模塊的工作流程圖如圖3所示。時隙號是隨連續導頻輸出的，因此需要進行完整的信號解調之後，才能讀出所解調信號的時隙號。解調伊始，整數以及小數倍頻偏沒有校正之前，fft (傅立葉變換)之後的有效數據提取和解擾以及信道均衡模塊不能正常工作，也就沒有正確的當前時隙號輸出，因此開始時我們設置定時時長為1秒，當前時隙號等於目標時隙號，並且不啟動fft模塊、有效數據提取和解擾模塊以及信道均衡模塊的工作。這種設定可以節約整個信號解調的鎖定時間。解調鎖定之後，定時器的定時時長設定為2秒(解調當前以及相鄰時隙數據所需的時間)，解調出來的當前時隙號與目標時隙號進行比較，相等則，輸出當前的解調結果，同時等待定時中斷，中斷發生後，進行數據採集，不相等則補償當前時隙到目標時隙的時間。補償時間=(40+目標時隙號-當前時隙號)X 25ms。DSP定時中斷發生後，啟動新的數據採集，進行CMMB解調，確認當前時隙號，開始新的反饋循環。2.定時器控制下採集的數據進入信號解調
經過插值和匹配濾波的數據進行細小頻偏補償之後，進入到時隙同步模塊，經時隙同步分離出的信標部分，去做整數倍的頻偏估計，頻偏估計的結果反饋給調諧器，用於更進一步的精確信號鎖定。OFDM符號的循環前綴和數據體部分做相關，計算小數倍頻偏的值。小數倍頻偏的數據通過環路濾波器1之後，反饋給細小頻偏補償模塊，做細小頻偏的補償。OFDM 符號的數據體部分經fft變換後，提取有效數據，對有效數據進行解擾。解擾後的數據，按位置提取離散導頻，用離散導頻的相位差估計定時誤差，並將定時誤差通過環路濾波器2 反饋給插補和匹配濾波的數據。同時用離散導頻進行信道估計，並用估計的結果對數據體部分進行信道均衡。從信道均衡的輸出中，提取連續導頻中的傳輸指示信息。傳輸信息中的時隙號，傳輸到數據採集控制部分，控制下一輪的數據採集。3.解調輸出
從採集的數據計算當前的通道功率，根據第二部分的解調結果，輸出星座圖，頻率偏移 (載波偏移)，符號率頻偏(定時偏移)等信息，根據星座圖的結果，計算MER和EVM的值，讀取解調晶片的SLCH (Service Logical Channel)業務邏輯信道信息和LDPC、RS的誤塊數， 用誤塊數計算LDPC (低密度奇偶校驗碼)BLER (誤塊率)/RS (裡德一所羅門碼)BLER。本發明方法經過在天津市德力電子儀器有限公司最新一代的數字準實時信號分析儀(DS8831T和DS8853T)上進行驗證，驗證過程及結果如下
DSP工作頻率200MHz，定時精度1/50M秒，信號鎖定之前定時時長1秒，每次採集100 毫秒的數據；信號鎖定之後定時時長2秒，每次採集50毫秒的數據。載波誤差估計範圍士50KHz，定時誤差估計範圍士20ppm，星座圖MER測試範圍(16QAM)14dB_36dB，時隙號設定範圍0-39，LDPC (低密度奇偶校驗碼)BLER (誤塊率)/RS (裡德一所羅門碼)BLER統計時長1分鐘到72小時。
權利要求
1. 一種用於準實時信號分析儀的中國移動數字多媒體廣播信號解調分析方法，其特徵在於，該方法的具體步驟是 第1、數據採集第1. 1、FPGA在數據採集控制模塊的控制下，定時採集準實時信號分析儀的中頻信號， 並對數據進行下變頻和低通濾波的預處理，將處理之後的數據存貯在DSP的外存儲器同步動態隨機存儲器SDRAM之中供信號解調用； 第1. 2、數據採集控制模塊的工作流程解調伊始，設置DSP定時器的定時時長為1秒，設置CMMB解調的當前時隙號等於目標時隙號，並且不啟動fft模塊、有效數據提取和解擾模塊以及信道均衡模塊的工作；解調鎖定之後，定時器的定時時長設定為2秒，解調出來的當前時隙號與目標時隙號進行比較，相等，則輸出當前的解調結果，同時等待定時中斷，中斷發生後，進行數據採集；不相等，則補償當前時隙到目標時隙的時間，補償時間=(40+目標時隙號-當前時隙號)X 25ms ；DSP定時中斷發生後，啟動新的數據採集，進行CMMB解調，確認當前時隙號，開始新的反饋循環；第2、信號解調第2. 1、將第1步在定時器控制下採集的數據，進入信號解調，DSP對數據進行插值和匹配濾波，之後進行細小頻偏補償，進入到時隙同步模塊，經時隙同步分離出的信標部分，去做整數倍的頻偏估計，頻偏估計的結果反饋給調諧器，用於更進一步的精確信號鎖定； 第2. 2、OFDM符號的循環前綴和數據體部分做相關，計算小數倍頻偏的值； 第2. 3、小數倍頻偏的數據通過第一環路濾波器之後，反饋給細小頻偏補償模塊，做細小頻偏的補償；第2. 4、OFDM符號的數據體部分經fft變換後，提取有效數據，對有效數據進行解擾； 第2. 5、解擾後的數據，按位置提取離散導頻，用離散導頻的相位差估計定時誤差，並將定時誤差通過第二環路濾波器反饋給插補和匹配濾波的數據；同時用離散導頻進行信道估計，並用估計的結果對數據體部分進行信道均衡；第2. 6、從信道均衡的輸出中，提取連續導頻中的傳輸指示信息，將傳輸指示信息中的時隙號傳輸到數據採集控制部分，控制下一輪的數據採集； 第3、解調輸出第3. 1、從採集的數據計算當前的通道功率；第3. 2、根據第2. 5步信道均衡後的解調結果，輸出星座圖，同時輸出頻率偏移和符號率頻偏解調信息；第3. 3、星座圖分析根據輸出的星座圖的結果，計算MER和EVM的值，讀取解調晶片的SLCH業務邏輯信道信息和低密度奇偶校驗碼LDPC、裡德一所羅門碼RS的誤塊數，用誤塊數計算LDPC和RS碼的誤包率BLER。
全文摘要
一種用於準實時信號分析儀的中國移動數字多媒體廣播信號(CMMB)解調分析方法。該方法的具體步驟是FPGA在DSP數據採集控制模塊的控制下，定時採集數據，並對數據進行下變頻和低通濾波的預處理，將處理之後的數據傳輸給DSP；DSP對接收到的信號進行差值和匹配濾波，細小頻偏補償，時隙同步，fft變換，有效數據提取和解擾，信道均衡等解調處理；解調輸出信道功率，星座圖，頻率偏移，符號率偏移，並通過對星座圖的分析，計算MER和EVM的值，讀取解調晶片信息計算LDPCBLER(誤塊率)和RSBLER。本發明在確保準實時信號分析，實現複雜度低、靈活性高、以及實時解碼的特性的同時，針對CMMB的信號特性，加入數據採集定時控制部分，保證CMMB信號解調輸出的準確性和可參考性。
文檔編號H04N17/00GK102355591SQ20111022337
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月5日 優先權日2011年8月5日
發明者嶽友紅, 張豔輝 申請人:天津市德力電子儀器有限公司