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数字电视接收机中降低同频干扰的方法
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数字电视接收机中降低同频干扰的方法

2013-09-04 10:14:00 来源:电子变压器与电感网 点击:6828

【哔哥哔特导读】模拟电视是以残留边带调幅(Amplitude M0dulation-Vestigial Sideband,AM-VSB)方式频分复用传输的,其特点是有明确的载波频率。

l 引言

模拟电视是以残留边带调幅(Amplitude M0dulation-Vestigial Sideband,AM-VSB)方式频分复用传输的,其特点是有明确的载波频率。

电视图像信号被调制到频率为f1的载波上,为避开图像信号的主要能量区域,又要在8 MHz带宽内,伴音信号被调制到频率约为.f1+6 MHz的载波上,而彩色副载波在f1+4 MHz处有一个跳动的峰,随着图像色饱和度的不同而变化。而数字电视是由MPEG一2传输流经信道编码对高频载波进行调幅、调相或调幅与调相相结合,形成数字电视信号,且这里的调幅是平衡调幅,抑制了载波分量。因而从频谱分析仪上看,一个数字频道的已调信号频谱,像一个被抬高的噪声平台,均匀平铺于整个带宽之内,且整个限定带宽内无峰。

数字电视信号和模拟电视信号在同一个频段中传输时,模拟电视信号叠加在数字信号上,使得数字电视接收机收到的信号频谱在限定带宽范围内出现3个峰(其中1个会跳动),这种现象被称作模拟同频干扰。如不处理,会影响后续的信号处理过程(如均衡、解码),降低接收机整体性能[1]。

2 模拟电视信号的传输

模拟电视图像信号一般通过调幅方式从发射塔发射出去,音频一般采用调频方式,并且视频和音频信号分别传输,因此模拟电视有图像载波、色度载波和音频载波3个主要的带内信号[2]。如图1所示,中心频率是714 MHz,水平方向上的方格间的频率间隔为l MHz。在约711.2 MHz处可看到一个明显的峰,这是模拟电视信号的图像载波;色度载波在约715.5 MHz处,是一个较小的峰;音频载波在约717.8 MHz处,峰值比图像载波略小。从718 MHz开始的频段,是一个相邻的数字电视频道的频谱。图像载波和音频载波的幅度较高(用天线接收,测得图像载波的幅度约为一53 dBm,音频载波的幅度约为一62 dBm),若不处理,会严重影响数字电视信号的接收。另外,图像载波信号和音频载波信号,并不是单一的单频干扰,具有一定的带宽。

 

 

3模块设计结构

去同频干扰模块在整个数字电视接收机中的位置如图2所示。本模块选用Altera公司的Stratix系列FPGA实现。

 

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去同频干扰模块分为3个部分:1)检测判断模块,用于检测接收信号中是否含有同频干扰以及位置。由于同频干扰在频域上幅度很大,所以可对输入信号做傅立叶变换(FFT),把时域信号转化到频域上分析处理。通过比较各频点幅度值的大小,找出峰值的位置和幅度,再把峰值幅度与某个门限比较,如大于门限则认为是同频干扰,否则认为是受到信道噪声影响;2)同频干扰消除模块。先根据检测模块找到的同频干扰位置搬移信号频谱,使同频干扰位于零频率处,然后用高通滤波器滤除同频干扰,最后用反向频谱搬移模块把信号的频谱搬回原来的位置;3)数字自动增益控制(AGC)。由于消除同频干扰后的信号幅度会降低,所以要用AGC控制输出信号的功率,使其稳定在参考功率值附近。

由于同时存在图像载波干扰和音频载波干扰,所以需要2次消除过程,且第2次要在第1次反搬移之后再进行。由于FFT消耗大量硬件资源,所以检测模块一次性找出最大峰值位置(binl)和次大峰值位置(bin2),避免对第1次消除同频干扰后的数据再进行一次FFT。但此设计需要注意以下两个问题:

1)由于两个载波干扰都不是单频干扰,具有一定的带宽,所以在寻找次大峰时,需在最大峰的位置开窗,并在窗外寻找,否则会把紧靠在最大峰旁边的峰认为是次大峰,这样第2次消除过程不但没有消掉伴音载波干扰,还损伤了有用信号。

2)由于信号的随机性和FFT存在着固有的计算精度误差(如本设计采用2 048点FFT[3-4],在15 MHz采样频率下,最小的频率分辨力为7.3 kHz左右),根据单次F丌的结果来检测会有较大误差,尤其是伴音载波位置的判决,所以本设计采用多次FFT结果的平均值来检测两个峰值的位置。

本设计采用一阶无限长脉冲响应(IIR)滤波器作为高通滤波器,通过调节系数使带宽和带外抑止均满足要求。由于图像载波信号干扰比伴音载波信号干扰大约高8~10 dB,所以两级滤波器的带宽和带外抑止是不同的,第2级带外抑止要比第l级小。本设计中,第1级高通滤波器的参数为:ao=1,a1=63/64.,bo=1,b1=一1,对应的零点为1,极点为63/64,带宽为36.62 kHz(见图3);第2级高通滤波器的参数为:a0=1,a1=127/128,6。=l,6.=一1,对应的零点为1,极点为127/128,带宽为18.31 k.Hz(见图4)。经过多次实验验证,这种组合效果理想。

 

 

 

 

设计数字AGC时,最重要的是步长的变化范围。步长过大,AGC不稳定,抖动很大;步长过小,AGC收敛速度慢,不能在短时间内跟踪幅度的变化。

图5为消除同频干扰模块内各部分的框图[5-6]。

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4 仿真结果

仿真采用模拟电视信号与数字电视信号的混合信号。前者是天线接收到的模拟电视信号,幅度为一50 dBm;后者是数字调制器发出的数字电视信号,幅度可调。通过调节信道仿真器使数字电视信号的幅度逐渐降低,当降低到一59 dBm时,接收机可正常工作,再降低就会产生误码。当调制器使用低码率(4QAM)时,信号降低到一64 dBm,接收机仍可正常工作,再降低就会产生误码。

通过观察逻辑分析仪采到的数据,检测出的峰值位置就是同频干扰的位置。对采样得到的混合信号数据作功能仿真,通过对比发现,对FFT结果多次平均后,更容易检测出图像载波干扰和伴音载波干扰,尤其是伴音载波干扰。而用单次FFT结果作检测时,次最大峰的位置变化比较频繁,经常出错[7]。

通过观察数字AGC稳定时控制字变化范围和输出信号的平均功率,可判断AGC是否正常工作。控制字的方差为0.006,而输出信号的平均功率也与参考功率很接近。

仿真的输入混合信号数据、消除1个同频干扰和消除2个同频干扰后输出数据的频谱分别如图6~8所示。可见该模块消除了2个同频干扰,同时信号的幅度没有损失。

 

 

 

 

5 小结

数字电视地面广播标准已颁布实施,在一段时期内,数字电视信号和模拟电视信号必然共存,而在有限的频谱资源中传输多种电视信号,频谱会变得拥挤,再加上接收滤波器的带外抑制不理想,很容易产生模拟电视对数字电视信号的同频干扰,这种干扰将直接影响数字电视接收效果,因此如何消除同频干扰成为一个必须解决的问题。本设计在Altera公司的Stratix系列FPGA上实现,总共消耗了约12 OOHD个LE,有效降低了同频干扰,硬件资源消耗不大,是一种可行的方案。

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