CN106341718A - 一种地面数字电视五通道合并的调制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种地面数字电视五通道合并的调制器，包括：功率调整，采用0～‑3dB功率调整，0.5dB步进，对每个通道的IQ两路分别乘以一个固定系数的FPGA实现；上采样，通过每两个采样点插入3个零实现基带信号4倍上采样，经过内插后，级联奈奎斯特滤波器抑制镜像频谱；低中频调制，采用直接数字式频率合成器产生调制15个频点所需的正交频率信号;合并限幅，采用三叉树结构优化加法器，对加法器的输出进行限幅处理，输出到DA经过正交调制和功率放大到射频输出。本发明的五通道合并调制器与5台独立调制器相比，性能几乎无差异，大大降低了成本和功耗，具有较好的实用价值。

Description

一种地面数字电视五通道合并的调制器
技术领域
本发明属于数字电视领域，尤其涉及了一种地面数字电视五通道合并的调制器。
背景技术
地面数字电视不同于有线数字电视和卫星数字电视，是通过在地面建立发射基站进行数字电视信号的广播传输。一台数字电视激励器只能传输有限的标清或高清节目，无法满足人们对几十套节目的收视需求。在现有地面数字电视基站建设中，常常需要配置多台数字电视激励器，将各台调制器分别调制到不同的VHF/UHF频段上，在射频进行合并经天线发出，完成多套节目的无线广播。上述技术方法所需硬件数量多，建设成本较高，系统稳定性较低。
综上所述，地面数字电视传输的关键是保证传输质量的同时，减少硬件的使用量，提高系统的稳定性和降低基站的建设成本。在城市郊区和农村，频谱资源较为丰富，数字电视广播可用频段较为集中，为实现多通道数字电视信号合并提供了可能。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是提供一种地面数字电视五通道合并的调制器，整机只采用1 个DA芯片和正交调制芯片，所需硬件资源和整机功耗也大大降低，有效地提高了系统的稳定性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种地面数字电视五通道合并的调制器，包括：
功率调整，采用0～-3dB功率调整，0.5dB步进，对每个通道的IQ两路分别乘以一个固定系数，即为常系数乘法的FPGA实现；
上采样，对基带信号进行4 倍上采样，系统工作时钟为120.96 MHz；4倍上采样通过每两个采样点插入3个零实现，经过内插后，级联奈奎斯特滤波器抑制镜像频谱；
低中频调制，采用直接数字式频率合成器( Direct Digital Synthesizer，DDS) 产生调制15个频点（±8MHz、±16MHz、±24MHz、±32MHz、±40MHz、±48MHz和±56MHz，加上零中频共有15个频点）所需的正交频率信号；每一路基带信号对应一个DDS 模块，通过对DDS模块频率控制字的配置，实现对该路基带信号15 个频点的任意调制；
合并限幅，采用三叉树结构优化加法器，对加法器的输出进行限幅处理，输出到DA经过正交调制和功率放大到射频输出。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：本发明提供了一种地面数字电视五通道合并的调制器，在保证信号传输质量的同时，整机只采用1 个DA芯片和正交调制芯片，所需硬件资源和整机功耗也大大降低，有效地提高了系统的稳定性，降低地面数字电视基站建设成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的地面数字电视五通道合并的调制器单元架构图；
图2是本发明实施例提供的地面数字电视五通道合并的调制器的奈奎斯特滤波器频率响应。
图3是本发明实施例提供的地面数字电视五通道合并的调制器的DDS 结构框图。
图4是本发明实施例提供的地面数字电视五通道合并的调制器的低中频调制实现框图。
图5是本发明实施例提供的地面数字电视五通道合并的调制器的三叉树加法器结构图。
图6是本发明实施例提供的地面数字电视五通道合并的调制器的多通道调制器频谱截图。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
参考图1，一种地面数字电视五通道合并的调制器，包括：
功率调整，采用0～-3dB功率调整，0.5dB步进，对每个通道的IQ两路分别乘以一个固定系数，即为常系数乘法的FPGA实现；
常系数乘法用加法器和移位器替代硬件乘法器，为了进一步减小加法器和移位器的数量，采用正则有符号数(Canonical Signed-Digital，CSD)编码对常系数进行编码；CSD编码是一种三元数制表示法：任意整数X 都可以用CSD 编码为，其中Ci为集合{－1，0，1}中的元素。
一个二进制数中非零元素的个数记为该数的权重。一个数的CSD编码是唯一的，CSD码中任意两个非零位不相邻，且含有的非零位是所有数制表示法中最少的，即权重最小。系数经CSD编码后，权重最小，能最大幅度地减小运算过程中加法器的数量。
如表1所示，每路经过CSD编码的常系数乘法器和二进制编码相比，共节省加法器3个，移位器9个，五通道调制器共需要10个功率衰减模块(每个通道IQ各需要一个)，因此，总共节省30个加法器和90个移位器。随着通道数的增长和功率衰减步进的减小，采用CSD编码的设计对加法器和移位器的节省优势将越来越明显。
表1 加法器和移位器资源节省对比
上采样，对基带信号进行4倍上采样，系统工作时钟为120.96 MHz；4倍上采样通过每两个采样点插入3个零实现，经过内插后，级联奈奎斯特滤波器抑制镜像频谱。
奈奎斯特滤波器的频率传递函数为：
式中：β为滚降因子，取值范围在［0，1，1/T为采样率；
奈奎斯特滤波器的单位冲激响应为：
奈奎斯特滤波器有5个主要参数: 波段数L，滚降因子β，过渡带带宽TW，阻带衰减AST和滤波器阶数N，且3dB截止频率为π/L。
本发明的奈奎斯特滤波器参数为: 波段数L=6，滚降因子β=0.25，阶数N=74。从图2中可以看出阻带衰减高达55dB，可以满足应用要求。
低中频调制，采用直接数字式频率合成器( Direct Digital Synthesizer，DDS)产生调制15个频点（±8MHz、±16MHz、±24MHz、±32MHz、±40MHz、±48MHz和±56MHz，加上零中频共有15个频点）所需的正交频率信号；每一路基带信号对应一个DDS 模块，通过对DDS模块频率控制字的配置，实现对该路基带信号15 个频点的任意调制（如图3所示）。
累加器位宽为32位，位宽越高，输出频率精度越高。截取累加器高12位送入地址计算单元。为了节省片上ＲOM资源，ＲOM查找表只存储四分之一的正弦波形，地址计算单元根据高2位地址信号决定寻址地址。符号调整单元同样根据高2位地址信号对ＲOM查找表的输出进行正负和翻转调整，地址计算单元和符号调整联合实现仅存储四分之一周期波形就能够输出完整的正余弦信号。
调制器的基带信号输出为Ibb + jQbb，中频信号为cosw + jsinw，则低中频调制信号输出为：
Iif+jQif = Ibb×cosw-Qbb×sinw+j(Qbb×cosw+Ibb×sinw)
式中: w为低中频频率。
每一路基带信号低中频调制实现框图如图4所示。
合并限幅，采用三叉树结构优化加法器，对加法器的输出进行限幅处理，输出到DA经过正交调制和功率放大到射频输出。加法器的输入为5 路位宽为16 的数据，采用合理的加法树结构和流水单元能有有效减少组合逻辑路径，减小FPGA时序约束压力。三叉树加法器结构如图5 所示。
基于上述五通道调制器，将第一路和第二路基带信号分别调制到-40 MHz和-32MHz频点，对第三路不做调制，对第四路和第五路分别调制到+32MHz和+40MHz频点，然后将多通道调制器的输出正交调制到730MHz的载频上，用频谱仪观测得到频谱图如图6所示。通过对每路DTMB信号进行解调，MEＲ正常，解调正常，接收图像无马赛克。
本实施例中，所述一种地面数字电视五通道合并的调制器，通过对基带信号进行功率调整，上采样和低中频调制等一系列后处理，将多路基带信号成功合并为一路信号输出，极大地减少了DA 和正交调制等芯片的使用，仅用1台多通道调制器即可完成地面数字电视基站的覆盖要求。经测试，本发明的五通道调制器与5台独立调制器相比，在成本和功耗大大降低的同时，性能几乎无差异。
以上所述，仅为本发明较佳实施例，不以此限定本发明实施的范围，依本发明的技术方案及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应属于本发明涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种地面数字电视五通道合并的调制器，其特征在于包括：
功率调整，采用0～-3dB功率调整，0.5dB步进，对每个通道的IQ两路分别乘以一个固定系数，即为常系数乘法的FPGA实现；
上采样，对基带信号进行4 倍上采样，系统工作时钟为120.96 MHz；4倍上采样通过每两个采样点插入3个零实现，经过内插后，级联奈奎斯特滤波器抑制镜像频谱；
低中频调制，采用直接数字式频率合成器( Direct Digital Synthesizer，DDS) 产生调制15个频点（±8MHz、±16MHz、±24MHz、±32MHz、±40MHz、±48MHz和±56MHz，加上零中频共有15个频点）所需的正交频率信号；每一路基带信号对应一个DDS 模块，通过对DDS模块频率控制字的配置，实现对该路基带信号15 个频点的任意调制；
合并限幅，采用三叉树结构优化加法器，对加法器的输出进行限幅处理，输出到DA经过正交调制和功率放大到射频输出。
2.根据权利要求1所述的一种地面数字电视五通道合并的调制器，其特征在于：功率调整，采用0～-3dB功率调整，0.5dB步进，对每个通道的IQ两路分别乘以一个固定系数，即为常系数乘法的FPGA实现；
常系数乘法用加法器和移位器替代硬件乘法器，为了进一步减小加法器和移位器的数量，采用正则有符号数(Canonical Signed-Digital，CSD)编码对常系数进行编码；CSD编码是一种三元数制表示法：任意整数X 都可以用CSD 编码为，其中Ci为集合{－1，0，1}中的元素。
3.根据权利要求1所述的一种地面数字电视五通道合并的调制器，其特征在于：上采样，对基带信号进行4倍上采样，系统工作时钟为120.96 MHz；4倍上采样通过每两个采样点插入3个零实现，经过内插后，级联奈奎斯特滤波器抑制镜像频谱；
奈奎斯特滤波器的频率传递函数为：
式中：β为滚降因子，取值范围在［0，1，1/T为采样率；
奈奎斯特滤波器的单位冲激响应为：
奈奎斯特滤波器有5个主要参数: 波段数L，滚降因子β，过渡带带宽TW，阻带衰减AST和滤波器阶数N，且3dB截止频率为π/L。
4.根据权利要求1所述的一种地面数字电视五通道合并的调制器，其特征在于：低中频调制，采用直接数字式频率合成器( Direct Digital Synthesizer，DDS) 产生调制15个频点（±8MHz、±16MHz、±24MHz、±32MHz、±40MHz、±48MHz和±56MHz，加上零中频共有15个频点）所需的正交频率信号；每一路基带信号对应一个DDS 模块，通过对DDS模块频率控制字的配置，实现对该路基带信号15 个频点的任意调制；
调制器的基带信号输出为Ibb + jQbb，中频信号为cosw + jsinw，则低中频调制信号输出为：
Iif+jQif = Ibb×cosw-Qbb×sinw+j(Qbb×cosw+Ibb×sinw)
式中: w为低中频频率。
5.根据权利要求1所述的一种地面数字电视五通道合并的调制器，其特征在于：合并限幅，采用三叉树结构优化加法器，对加法器的输出进行限幅处理，输出到DA经过正交调制和功率放大到射频输出。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113141212A (zh) * 2021-03-30 2021-07-20 重庆邮电大学 面向高效移动前传的控制字与i/q波形同步传输方法及装置

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