MC-QAM調制器信號處理關鍵技術的實現研究.pdf

1、本文從介紹數字電視調制器的應用背景出發(fā)，對多載波QAM調制技術的實現方案進行了深入分析，在現有學術成果的基礎上，對調制器各部分實現結構進行了重新設計及優(yōu)化，著重解決了以下技術難題：
　　 ⑴提出了一種適用于各種定點FIR 濾波器實現的系數壓縮結構。該方法針對傳統(tǒng)定點FIR 濾波器中系數絕對值差異較大的特點，借鑒浮點數計算思想，通過修改濾波器累加器的位對齊結構，并壓縮量化后系數存儲位寬的方法，增加了濾波器量化后系數的實際有效量化字

2、長，在不增加硬件位寬及濾波器階數的前提下，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濾波器的設計問題。在此基礎上，通過對濾波器系數的整體增益進行細微調整，消除高權重系數的量化誤差，將濾波器阻帶性能進一步提高了約3dB。對于該方法在不同器件中的具體實現方式，從串行、并行及混合三種角度分別進行了設計。
　　 ⑵給出了系數預存變采樣率濾波器阻帶性能降低的原因，并改進了其實現結構。文章對

3、系數預存方式下的任意變采樣率濾波器結構進行了深入研究，將其實現過程分解為整數倍插值及小數倍抽取兩個等效步驟，在首先詳細分析了整數插值因子取值不同所導致的殘留頻譜幅度大小不同之后，進而研究了小數倍抽取將會導致的帶內殘留頻譜疊加問題，并根據最差極限情況，對插值因子與累積殘留頻譜的關系進行了修正。而后，通過引入FIR 濾波器系數壓縮算法，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對稱的特點，對存儲器進行分解并對

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

5、用的串行濾波器設計方法，對乘法器數量進行了進一步壓縮，同時利用多個半帶濾波器級聯完成多級插值，降低了邏輯資源消耗。對比于傳統(tǒng)多相濾波器結構，在不降低濾波器性能基礎上，將占用資源最大的乘法器數量降低到原先的八分之一。
　　 ⑶提出了使用高階濾波器對CIC濾波器的帶內衰減進行補償，實現寬帶插值濾波器的設計方法。針對CIC 濾波器存在的通帶內衰減問題，在傳統(tǒng)二階補償及銳化設計基礎上，將切比雪夫一致逼近方法引入到CIC及CIC補償級聯濾

6、波器的設計過程，將最終二者級聯效果設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計方案成為可能。最終測試表明，補償濾波器的階數每增加一級，可以使CIC濾波器的帶內紋波降低一個量級。
　　 ⑷推導了基帶多載波調制模型的設計算法。針對傳統(tǒng)設計方案中僅能在中頻進行多載波合成的局限，對基帶混頻多載波調制算法進行了詳細推導，使得以往必須在數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。文章同時對奇數及偶數載波數的異同進行了探討。而后針對基帶混頻的結構特點對具體實現過程進行了優(yōu)化，并給出了優(yōu)化后的結構模型。
　　 ⑸提出了無相位截斷的DDS設計方法，并最大程度優(yōu)化了其實現結構。對多載波調制過程中的核心DDS 載波合成器的誤差來源進行了分析，結合DDS 硬件結構，通過在算法上修改相位步進值，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上，避免了DDS 相位截斷所帶來的頻帶內干擾，使

8、得DDS只需要通過提高幅度量化精度，線性增長系數存儲器容量即可提高頻帶性能，而無須依賴指數增長存儲器空間提高相位截斷誤差精度。該方法使得本設備中的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用，及差分幅值保存，壓縮了2 比特的存儲器資源消耗；進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調制器設備的實現性能進行了測試，與以往設備進行了對比，經過改進后的系統(tǒng)在壓縮