亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        CDR標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)研究與設(shè)計

        2015-07-24 19:01:15陳冬英
        關(guān)鍵詞:蝶形數(shù)字音頻載波

        陳冬英

        (福州大學(xué) 物理與信息工程學(xué)院,福建 福州 350108)

        CDR標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)研究與設(shè)計

        陳冬英

        (福州大學(xué) 物理與信息工程學(xué)院,福建 福州 350108)

        中國調(diào)頻頻段數(shù)字音頻廣播即CDR標(biāo)準(zhǔn)可提供靈活的頻譜模式,本文針對其關(guān)鍵技術(shù)——正交頻分復(fù)用的調(diào)制技術(shù)進(jìn)行研究與設(shè)計。分析子載波矩陣的構(gòu)造,完成OFDM符號的有效子載波設(shè)計,對FFT設(shè)計采用改進(jìn)基-2蝶形降低乘法器數(shù)目,利用塊浮點數(shù)計算實現(xiàn)高精度,采用流水線方式優(yōu)化設(shè)計流程。用Verilog HDL語言實現(xiàn)OFDM符號生成與FFT的設(shè)計,進(jìn)行FPGA綜合仿真。與MATLAB仿真結(jié)果對比表明,成幀載波可實現(xiàn)數(shù)模同播,F(xiàn)FT變換準(zhǔn)確性高,符合CDR調(diào)制系統(tǒng)的要求。

        中國調(diào)頻頻段;正交頻分復(fù)用;子載波矩陣;改進(jìn)基-2蝶形

        0 引言

        隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)字化演播室的建設(shè)已在我國相應(yīng)的影視機構(gòu)及電視臺進(jìn)行。2013年,由國家廣電總局指示,2015年~2016年我國將會對地級以上城市完成數(shù)字音頻廣播的實行[1]。

        因我國DAB標(biāo)準(zhǔn)1.536 MHz信道帶寬受限于FM/AM的兼容問題[2],2013年 8月我國提出了一種 CDR(China Digital Radio)即調(diào)頻頻段的數(shù)字音頻廣播標(biāo)準(zhǔn),發(fā)布了復(fù)用和信道編碼調(diào)制的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[3]。其可實現(xiàn)靈活的頻譜模式,而其核心模塊之一為正交頻分復(fù)用調(diào)制即OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)。目前以O(shè)FDM調(diào)制為數(shù)字信號處理技術(shù),即運用數(shù)字信號處理算法完成各子載波的產(chǎn)生和接收,不僅簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),同時利用各子載波上的頻譜相互重疊提高了頻譜利用率。因所得頻譜在一個OFDM周期內(nèi)具有正交性,為此接收端可實現(xiàn)信號的復(fù)原而不失真[4-5]。

        本文對CDR標(biāo)準(zhǔn)中采用的OFDM調(diào)制系統(tǒng)的原理進(jìn)行研究與設(shè)計。對 CDR標(biāo)準(zhǔn)使用的數(shù)模同播的子載波形式進(jìn)行分析,研究各個信號的有效子載波組幀,實現(xiàn)頻譜的靈活性選擇,對 FFT變換采用 32位浮點數(shù)格式,達(dá)到高精度的要求;整體的處理器和乘法器、地址模塊、控制模塊等采用流水線設(shè)計,有利于對速度的提高;利用改進(jìn)的基二傅里葉變換法,降低硬件資源的使用。通過在FPGA軟件平臺綜合仿真,用MATLAB對結(jié)果驗證分析,結(jié)果表明,本系統(tǒng)載波組幀可實現(xiàn)數(shù)字與模擬頻道同時播放,F(xiàn)FT變換準(zhǔn)確性高,讀取速度快,符合CDR調(diào)制系統(tǒng)的要求。

        1 CDR系統(tǒng)的OFDM調(diào)制原理

        1.1 CDR系統(tǒng)的物理層結(jié)構(gòu)

        調(diào)頻頻段數(shù)字音頻廣播信道物理層的編碼和調(diào)制框圖如圖1,將來自上層的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)描述和系統(tǒng)信息進(jìn)行相應(yīng)的信道編碼,包括擾碼、LDPC編碼、卷積編碼、星座映射等,達(dá)到高效編碼的效果,把結(jié)果和離散導(dǎo)頻進(jìn)行m子矩陣的構(gòu)造,形成 OFDM符號,最終進(jìn)行OFDM調(diào)制,實現(xiàn)數(shù)模頻譜的靈活選擇[6]。

        圖1 CDR物理結(jié)構(gòu)圖

        1.2 OFDM符號幀形成原理

        CDR標(biāo)準(zhǔn)中調(diào)制輸入的來源是:業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)描述信息、系統(tǒng)信息三大數(shù)據(jù)經(jīng)過信道編碼之后形成的有效子載波。同時根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生相應(yīng)的離散導(dǎo)頻,經(jīng)過QPSK調(diào)制之后獲得相應(yīng)的導(dǎo)頻子載波信號,而后將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)描述信息子載波和系統(tǒng)信息子載波進(jìn)行復(fù)接,并映射到相應(yīng)頻譜模式上,形成 OFDM頻域符號[7]。

        OFDM符號包含虛子載波、連續(xù)子載波、離散子載波以及數(shù)據(jù)子載波,相應(yīng)放置的信息就是零信號、系統(tǒng)信息、導(dǎo)頻以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)描述信息。 其中,業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)描述信息、系統(tǒng)信息已由前面編碼獲得相應(yīng)子載波,離散導(dǎo)頻根據(jù)如圖2所示生產(chǎn)器,產(chǎn)生兩隨機信號,進(jìn)行QPSK調(diào)制即可獲得。傳輸模式為 1和 3時,pl=62NI,傳輸模式為2時,pl=32NI,兩路信號為:

        形成的比特流形式為:

        圖2 離散導(dǎo)頻的偽隨機序列生產(chǎn)器

        1.3 OFDM調(diào)制原理

        中國調(diào)頻頻段數(shù)字音頻廣播調(diào)制模式為 OFDM調(diào)制。其調(diào)制系統(tǒng)即正交頻分復(fù)用,將來自組幀形成的OFDM符號中以幀為基礎(chǔ)的,輸入到OFDM調(diào)制系統(tǒng)。在規(guī)定的高頻帶寬 B內(nèi)均勻安排 N (2r) 個子載波,OFDM將高速串行數(shù)據(jù)變換成多路相對低速的N個并行數(shù)據(jù),而后將 N路符號,每 2個輸入比特映射為 I值和 Q值。各子載波間須有足夠的頻率間隔,但對于各個子載波正交的信號頻譜,雖然其頻譜間有重疊部分,但解調(diào)時因為正交性仍能夠正確解調(diào)出每個載波的調(diào)制符號。具體的OFDM信號頻譜圖如圖3所示。

        圖3 正交頻分復(fù)用信號的頻譜示意圖

        根據(jù)分析,單個 OFDM符號內(nèi)含有多個已調(diào)制的子載波合成信號,其中,每個子載波可進(jìn)行 QPSK或正交幅度調(diào)制符號的調(diào)制處理。由前可知,實現(xiàn)OFDM調(diào)制需在接發(fā)兩端設(shè)有N個等級差頻率的振蕩器,N的值低至幾百多至幾千,常用的是 2 000多或者 4 000多,實現(xiàn)起來難度大,為此采用數(shù)學(xué)方法幫助實現(xiàn),具體是利用離散傅里葉反變換和離散傅里葉變換。反變換輸出的符號數(shù)據(jù)的生成是由所有子載波信號經(jīng)過疊加而得,即通過采樣連續(xù)的多個經(jīng)過調(diào)制的子載波的疊加信號實現(xiàn)。同理,解調(diào)可以由 DFT得到。在實際應(yīng)用中,通常用IFFT/FFT來代替 IDFT/DFT[8-10]。所以,IFFT是本文所討論的核心算法。

        2 CDR系統(tǒng)的OFDM調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計

        CDR調(diào)制系統(tǒng)實現(xiàn)包含兩個部分,分別是OFDM符號組幀模塊和 FFT模塊。組幀模塊采用M子載波矩陣構(gòu)造,按照頻譜模式將各個元素從左至右依次填充至每個OFDM符號中的有效子載波上,具體設(shè)計如 2.1節(jié)說明。OFDM調(diào)制由傳輸模式和頻譜模式共同確定,本設(shè)計選用傳輸模式 1,使用的點數(shù)是2 048點,數(shù)據(jù)體的循環(huán)前綴為240點,具體設(shè)計將在2.2節(jié)具體介紹。

        2.1 CDR標(biāo)準(zhǔn)的OFDM符號組幀設(shè)計

        首先構(gòu)造一個含有 4SN(NV·NI)個子載波的載波矩陣,即一個邏輯幀,以傳輸模式 1為例,SN=56,NV=242,NI=1,子載波矩陣填充的元素是除虛子載波外的有效子載波元素,載波矩陣形式如下:

        其中,MS為子載波矩陣的一個子矩陣,表示一個邏輯子幀,由56個OFDM符號構(gòu)成。

        其次,按一定規(guī)律進(jìn)行填充,填充方式具體如下:

        (1)系統(tǒng)信息元素按固定的行和列位置填充,放置元素為 216 bit,放置元素位置如表1所示。

        表1 每行中列的位置

        其中,1~27行、28~54行填充相同的元素,55~56行把 1~2行的元素進(jìn)行復(fù)制。

        (2)離散導(dǎo)頻的填充,子矩陣中位置行 a與列 b的值如下:

        若傳輸模式為 1或者 3:

        (3)數(shù)據(jù)導(dǎo)頻的填充,將每個子矩陣中前兩行剩余位置填充業(yè)務(wù)描述信息,其余填充的是數(shù)據(jù)信息。

        如此便完成子矩陣的形成,而后按從上而下,從左至右填充子載波矩陣,最后映射形成一個邏輯子幀。

        2.2 CDR標(biāo)準(zhǔn)FFT設(shè)計

        本系統(tǒng)采用DIT方式完成基-2蝶形運算,采用流水線方式以及雙端口的RAM、ROM。首先,輸入的數(shù)據(jù)先存儲在雙端口RAM1中,接收所有數(shù)據(jù)之后,預(yù)置旋轉(zhuǎn)因子在ROM中,將輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行塊浮點變化后進(jìn)行FFT變換,輸出結(jié)果置于 RAM2中,在一個判斷模塊的作用下,將RAM2輸入RAM1中,循環(huán)FFT變換,將高位地址進(jìn)位存于下一個模塊中,最終加入保護(hù)間隔輸出即可。如圖4所示。

        圖4 硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)

        (1)改進(jìn)基 2-蝶形單元設(shè)計

        蝶形運算基本規(guī)律如下兩式:

        由式(1)、式(2)可得,一個蝶形運算單元存在復(fù)數(shù)乘法運算,一般復(fù)數(shù)乘法需要 3~4個乘法器。但是基-2的蝶形運算具有特殊性:在一個蝶形運算中需要取數(shù)據(jù)Xm-1(i)和 Xm-1(j),而只存在一次的復(fù)數(shù)乘法,即可以用兩個時鐘周期來完成一個復(fù)數(shù)乘法,利用這一點,可以減少乘法器的數(shù)目,同時不降低處理速度。本系統(tǒng)根據(jù)實部、虛部共用一個乘法器,減少了硬件資源。同時為了提高工作效率,采用流水線方式,最終設(shè)計是經(jīng)過浮點模塊處理后,r次循環(huán)蝶形變化而成。蝶形單元的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖5所示。

        圖5 蝶形單元的硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)

        (2)地址控制設(shè)計

        控制單元是整個設(shè)計的核心模塊單元。本設(shè)計采取的方法是將控制信號的所有使能由一個硬件層控制實現(xiàn)。本文將已生成的旋轉(zhuǎn)因子預(yù)置在存儲器中,將所有數(shù)據(jù)讀入后進(jìn)行連續(xù)的 r次 FFT變換,有些地址可不變。對于點數(shù)為 2 048的FFT算法,進(jìn)行變換后,在保持順序不變的前提下,其后一級上一半蝶形運算的旋轉(zhuǎn)因子恰好是前一級的旋轉(zhuǎn)因子。為此,大大降低了旋轉(zhuǎn)因子存儲器的多余操作,從而降低了系統(tǒng)功耗。所有地址的控制通過寄存器直接置位生成,快速地址的生成便可實現(xiàn),且有利于可配置性的設(shè)計與實現(xiàn)。

        (3)流水線設(shè)計

        流水線設(shè)計具體框圖如圖6所示。

        圖6 FFT設(shè)計的時序圖

        在順序執(zhí)行過程中[11],蝶形運算單元的工作遵循讀數(shù)、計算和輸出三個步驟。在進(jìn)行蝶形運算的同時,對存儲器的存取處于暫停狀態(tài);反之,當(dāng)從存儲器中讀取數(shù)據(jù)或?qū)⒔Y(jié)果存入存儲器時,蝶形運算單元的乘法器和加法器也停止工作。這種處理結(jié)構(gòu)的工作效率不高。為了進(jìn)一步減少運算時間,提高處理速度,可以使乘法器和加法器等運算單元和存儲器在工作時處于“匹配”狀態(tài)。因此蝶形運算單元采用流水線(pipeline)工作方式,使運算結(jié)果連續(xù)輸出。

        3 結(jié)果仿真與驗證分析

        根據(jù)前面的設(shè)計原理,應(yīng)用Verilog HDL語言進(jìn)行代碼編寫。以一個子幀為例,使用B類頻譜模式OFDM符號,具體表詳見中國調(diào)頻頻段數(shù)字音頻廣播標(biāo)準(zhǔn)[7]第42頁和 43頁。獲得的填充位置如圖7所示。

        圖7 OFDM符號的子載波填充結(jié)果

        上圖中數(shù)字 0表示虛載波,存放模擬信號;1表示系統(tǒng)信息,具有固定位置;3表示離散導(dǎo)頻,位置具有離散性;4表示業(yè)務(wù)描述信息,位于每個 OFDM符號的前兩行;5表示業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息,除去以上填充位置都為數(shù)據(jù)信息元素。與MATLAB仿真結(jié)果完全一致。

        將獲得的 OFDM復(fù)數(shù)符號作為本設(shè)計的 FFT處理器的輸入。采用Verilog HDL語言,在FPGA平臺上綜合仿真實現(xiàn)。圖8是綜合仿真的輸入和輸出。

        圖8 綜合仿真的輸入與輸出

        將輸出獲得的調(diào)制結(jié)果輸入 MATAB進(jìn)行畫頻譜,使用矩形濾波器進(jìn)行濾波。圖9為調(diào)制后的功率譜密度,根據(jù)仿真圖可以得到,400 kHz帶寬下的系統(tǒng)有效帶寬為 50 kHz,占比率為 1/8。通過理論系統(tǒng)有效帶寬與仿真系統(tǒng)有效帶寬的對比,實際系統(tǒng)有效帶寬達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的要求,驗證了整個系統(tǒng)的正確性。

        圖9 調(diào)制系統(tǒng)的功率譜密度

        4 結(jié)論

        本文完成了 CDR標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制系統(tǒng)的研究與設(shè)計,應(yīng)用Verilog HDL語言實現(xiàn)了CDR標(biāo)準(zhǔn)的OFDM調(diào)制符號生成器, 利用改進(jìn)的二進(jìn)制, 采取流水線設(shè)計,同時采用新穎的先接收后變換方式,完成 FFT模塊的設(shè)計,準(zhǔn)確獲得 OFDM符號填充子載波,所得頻譜帶寬占比為 1/8,完全符號標(biāo)準(zhǔn)要求,表明該設(shè)計可實現(xiàn)數(shù)模同播調(diào)制,設(shè)計的功能仿真達(dá)到要求。因本標(biāo)準(zhǔn)最新頒布,還未找到同一標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制設(shè)計文獻(xiàn)進(jìn)行比較說明,本設(shè)計對后續(xù)的 CDR研究具有重要的參考價值。

        [1]黃熹媛,蘇凱雄,陳?。贚DPC碼的DAB系統(tǒng)性能分析[J].有線電視技術(shù),2013(12):84-86.

        [2]ETSI ES 201 980 V3.1.1.Digital Radio Mondrian System Specification[S].2009.

        [3]盛國芳,王濤.調(diào)頻頻段數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)的實驗性能測試[J].廣播電視信息,2014,40(16):44-48.

        [4]李蕾,宋建新.OFDM系統(tǒng)中視頻傳輸?shù)恼{(diào)度算法研究[J].電視技術(shù),2012,36(5):53-56.

        [5]KROEGER B W,PEYLA P J.Compatibility of FM hybrid in-Band On-Channel(IBOC)system for digital audio broadcasting[J].IEEE Trans on Broadcasting,1997,43(4):421-430.

        [6]高鵬,盛國芳.調(diào)頻頻段數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)研究[J].廣播電視信息,2014,40(11):27-30.

        [7]GY/T 268.1-2013.調(diào)頻頻段數(shù)字音頻廣播第 1部分:數(shù)字音頻廣播信道幀結(jié)構(gòu)、 信道編碼和調(diào)制[S]. 2013.

        [8]居敏,許宗澤.OFDM系統(tǒng)基于矩陣開方的盲信道估計[J].電子與信息學(xué)報,2009,31(6):1371-1375.

        [9]孫晶,周麗麗.OFDM符號同步技術(shù)以及總體電路設(shè)計[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用,2011,30(9):24-31.

        [10]BERTHOLD U,JONDRAL F K,BRANDES S.OFDM-based overlay systems:a promising approach for enhancing spectral efficiency[J].IEEE Communications Magazine,2007(12):52-58.

        [11]蔡可紅,黃繼業(yè).基于FPGA的FFT設(shè)計[M].北京:科學(xué)出版社,2006.

        Research and design of digital modulation system based on CDR

        Chen Dongying
        (College of Physics and Information Engineering,F(xiàn)uzhou University,F(xiàn)uzhou 350108,China)

        Due to FM-China Digital Radio(CDR)can provide flexible spectrum model,the key technologies and design for orthogonal frequency division multiplexing modulation techniques are studied in this paper.Sub-carrier matrix structural is analyzed,the completion of effective OFDM symbol sub-carriers is designed.And then we use the improvement-2 butterfly transformation to cut usage of multiplier,use floating-point module to achieve high accuracy and with assembly line way to realize the optimal multiplier and adder.Finally,we implement OFDM symbol and FFT with Verilog HDL language.Compared with MATLAB analysis results,this system has low error rates,high accuracy with read quickly and framing carriers can achieve digital-analog simulcast.It meets the requirements of CDR.

        CDR;OFDM;sub-carrier matrix;improvement-2 butterfly

        TN929

        A

        1674-7720(2015)23-0065-04

        陳冬英.CDR標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)研究與設(shè)計[J].微型機與應(yīng)用,2015,34(23):65-68.

        2015-08-04)

        陳冬英(1989-),通信作者,女,碩士研究生,主要研究方向:中國調(diào)頻頻段數(shù)字音頻廣播信道編碼與調(diào)制研究,數(shù)字通信系統(tǒng)。E-mail:863848737@qq.com。

        猜你喜歡
        蝶形數(shù)字音頻載波
        在FPGA上實現(xiàn)FFT的高效串行流水線結(jié)構(gòu)
        蝶形引入光纜技術(shù)新進(jìn)展
        光通信研究(2022年2期)2022-03-29 03:19:18
        基于FPGA的多協(xié)議數(shù)字音頻信號發(fā)生方法
        電子制作(2017年10期)2017-04-18 07:22:40
        數(shù)字音頻及其嵌入技術(shù)在廣播電視工程的應(yīng)用
        應(yīng)急廣播系統(tǒng)中副載波的構(gòu)建與應(yīng)用
        數(shù)字音頻廣播信號接收系統(tǒng)及其軟件架構(gòu)
        數(shù)字音頻廣播的特點
        低壓載波通訊測試儀的開發(fā)與應(yīng)用
        基于最優(yōu)化搜索的迭代載波同步算法
        蝶形彈簧的受力分析及彈性拉壓桿改造
        国产午夜视频在线观看| 久久久中文字幕日韩精品| 久久天堂av综合合色| 亚洲男人的天堂网站| 亚洲欧洲日韩免费无码h| 午夜精品一区二区三区视频免费看| 91视色国内揄拍国内精品人妻| 18禁无遮拦无码国产在线播放| 欧美一片二片午夜福利在线快| 久久综合国产乱子伦精品免费 | 久久国产黄色片太色帅| www射我里面在线观看| 色屁屁www影院免费观看入口| 日韩一区二区肥| 日韩十八禁在线观看视频| 国产av一区二区三区性入口| 爽爽精品dvd蜜桃成熟时电影院| av蓝导航精品导航| 国产三级精品美女三级| 中文字幕高清视频婷婷| 久久狠狠爱亚洲综合影院| 无套内谢孕妇毛片免费看看| 胳膊肘上有白色的小疙瘩| 久久综合久久综合久久| 精品国产av一区二区三区四区| 天天躁日日躁狠狠很躁| 2021av在线| 国产日产高清一区二区三区| 精品亚洲一区二区区别在线观看| 久久久久久久久毛片精品| 在线观看免费a∨网站| 99久久无色码中文字幕鲁信| 天堂Av无码Av一区二区三区 | 国产一区二区三区小说| 91热久久免费频精品99| 18岁日韩内射颜射午夜久久成人| 午夜福利试看120秒体验区| 236宅宅理论片免费| a√无码在线观看| 91日韩东京热中文字幕| 国产亚洲精品久久777777|