MC-QAM調(diào)制器信號處理關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)研究.pdf

1、本文從介紹數(shù)字電視調(diào)制器的應(yīng)用背景出發(fā)，對多載波QAM調(diào)制技術(shù)的實現(xiàn)方案進(jìn)行了深入分析，在現(xiàn)有學(xué)術(shù)成果的基礎(chǔ)上，對調(diào)制器各部分實現(xiàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計及優(yōu)化，著重解決了以下技術(shù)難題：
　　 ⑴提出了一種適用于各種定點FIR 濾波器實現(xiàn)的系數(shù)壓縮結(jié)構(gòu)。該方法針對傳統(tǒng)定點FIR 濾波器中系數(shù)絕對值差異較大的特點，借鑒浮點數(shù)計算思想，通過修改濾波器累加器的位對齊結(jié)構(gòu)，并壓縮量化后系數(shù)存儲位寬的方法，增加了濾波器量化后系數(shù)的實際有效量化字

2、長，在不增加硬件位寬及濾波器階數(shù)的前提下，將量化后的FIR濾波器阻帶衰減性能提高了10~20dB，解決了有限硬件位寬條件下高性能FIR濾波器的設(shè)計問題。在此基礎(chǔ)上，通過對濾波器系數(shù)的整體增益進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，消除高權(quán)重系數(shù)的量化誤差，將濾波器阻帶性能進(jìn)一步提高了約3dB。對于該方法在不同器件中的具體實現(xiàn)方式，從串行、并行及混合三種角度分別進(jìn)行了設(shè)計。
　　 ⑵給出了系數(shù)預(yù)存變采樣率濾波器阻帶性能降低的原因，并改進(jìn)了其實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。文章對

3、系數(shù)預(yù)存方式下的任意變采樣率濾波器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究，將其實現(xiàn)過程分解為整數(shù)倍插值及小數(shù)倍抽取兩個等效步驟，在首先詳細(xì)分析了整數(shù)插值因子取值不同所導(dǎo)致的殘留頻譜幅度大小不同之后，進(jìn)而研究了小數(shù)倍抽取將會導(dǎo)致的帶內(nèi)殘留頻譜疊加問題，并根據(jù)最差極限情況，對插值因子與累積殘留頻譜的關(guān)系進(jìn)行了修正。而后，通過引入FIR 濾波器系數(shù)壓縮算法，提高了有限量化位寬條件下變采樣率濾波器的工作性能；并針對原型插值濾波器系數(shù)對稱的特點，對存儲器進(jìn)行分解并對

4、地址線翻轉(zhuǎn)，將系數(shù)預(yù)存儲量降低了一半。結(jié)果表明該方法以使用系數(shù)預(yù)存儲器的代價，換取了乘法器及加法器數(shù)量的指數(shù)級下降，只需要使用簡單的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，就可以替代傳統(tǒng)Farrow結(jié)構(gòu)下高復(fù)雜度的實時計算形式變采樣率濾波器。對傳統(tǒng)半帶濾波器設(shè)計方法進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)。在以往研究成果上，利用半帶濾波器中一半系數(shù)為零的特點，對傳遞函數(shù)進(jìn)行了低敏感度因子提取，降低了系數(shù)量化位寬的需求，同時減少了乘法器的使用數(shù)量，優(yōu)化了半帶濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。并利用乘法器時分復(fù)

5、用的串行濾波器設(shè)計方法，對乘法器數(shù)量進(jìn)行了進(jìn)一步壓縮，同時利用多個半帶濾波器級聯(lián)完成多級插值，降低了邏輯資源消耗。對比于傳統(tǒng)多相濾波器結(jié)構(gòu)，在不降低濾波器性能基礎(chǔ)上，將占用資源最大的乘法器數(shù)量降低到原先的八分之一。
　　 ⑶提出了使用高階濾波器對CIC濾波器的帶內(nèi)衰減進(jìn)行補(bǔ)償，實現(xiàn)寬帶插值濾波器的設(shè)計方法。針對CIC 濾波器存在的通帶內(nèi)衰減問題，在傳統(tǒng)二階補(bǔ)償及銳化設(shè)計基礎(chǔ)上，將切比雪夫一致逼近方法引入到CIC及CIC補(bǔ)償級聯(lián)濾

6、波器的設(shè)計過程，將最終二者級聯(lián)效果設(shè)計為最佳等波紋濾波器，從而使得CIC 濾波器作為寬通帶鏡像抑制濾波器的設(shè)計方案成為可能。最終測試表明，補(bǔ)償濾波器的階數(shù)每增加一級，可以使CIC濾波器的帶內(nèi)紋波降低一個量級。
　　 ⑷推導(dǎo)了基帶多載波調(diào)制模型的設(shè)計算法。針對傳統(tǒng)設(shè)計方案中僅能在中頻進(jìn)行多載波合成的局限，對基帶混頻多載波調(diào)制算法進(jìn)行了詳細(xì)推導(dǎo)，使得以往必須在數(shù)字域合成的較高頻率載波，在基帶載波方式中，使用頻帶寬度級別的低頻率頻偏載

7、波即可代替。文章同時對奇數(shù)及偶數(shù)載波數(shù)的異同進(jìn)行了探討。而后針對基帶混頻的結(jié)構(gòu)特點對具體實現(xiàn)過程進(jìn)行了優(yōu)化，并給出了優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)模型。
　　 ⑸提出了無相位截斷的DDS設(shè)計方法，并最大程度優(yōu)化了其實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。對多載波調(diào)制過程中的核心DDS 載波合成器的誤差來源進(jìn)行了分析，結(jié)合DDS 硬件結(jié)構(gòu)，通過在算法上修改相位步進(jìn)值，消除了傳統(tǒng)DDS相位累加器所帶來的截斷誤差，在小幅改動硬件的基礎(chǔ)上，避免了DDS 相位截斷所帶來的頻帶內(nèi)干擾，使

8、得DDS只需要通過提高幅度量化精度，線性增長系數(shù)存儲器容量即可提高頻帶性能，而無須依賴指數(shù)增長存儲器空間提高相位截斷誤差精度。該方法使得本設(shè)備中的DDS無雜散動態(tài)范圍提高了17dBc以上；同時通過對查找表時分復(fù)用，及差分幅值保存，壓縮了2 比特的存儲器資源消耗；進(jìn)而引入輸出幅值抖動，壓低了合成載波近處的噪聲譜平面約10dB。
　　 ⑹對高密度MC-QAM調(diào)制器設(shè)備的實現(xiàn)性能進(jìn)行了測試，與以往設(shè)備進(jìn)行了對比，經(jīng)過改進(jìn)后的系統(tǒng)在壓縮