在本論文中， 我們針對手持式數位影像廣播系統(Digital Video Broadcasting - Handheld, DVB-H)，作接收機的基頻訊號處理與電路設計。DVB-H是一種基於正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技術的無線通訊系統，其接收機的基頻演算法包含了時間同步、頻率偏移估測、通道估測、分散式領航信號(Scatter Pilot)偵測。在本論文中，這些演算法都透過Matlab軟體進行效能分析與模擬，並在眾多演算法中，選擇可以達成系統位元錯誤率(Bit Error Rate, BER)要求的演算法來作硬體實現。電路設計的部份，則撰寫Verilog硬體描述語言(Verilog Hardware Description Language)，最後並把程式下載到Xilinx FPGA發展環境中測試。

由於DVB-H應用於手持式接收裝置上，加上系統本身需要處理的資料量龐大，精簡的硬體設計更顯得重要，所以電路設計之時我們會有節省硬體成本的考量，並且必須達到標準中系統效能的要求，以期在兩者兼顧之下，達成整個系統的最佳化設計。

In this thesis, the baseband signal processing and hardware implementation of the Digital Video Broadcasting - Handheld (DVB-H) are investigated. DVB-H is an emerging and promising wireless communication system and is based on the Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) scheme. The algorithms for baseband signal processing include timing synchronization, frequency offset compensation, channel estimation, and scatter pilot detection. The developed algorithms are verified using Matlab program to meet performance requirements. Then, the algorithms are implemented using Verilog hardware description language (HDL), which is downloaded to Xilinx FPGA (Field Programmable Gate Array) for system verification. The selected algorithms for baseband signal processing have to meet the both the requirements of system performance and low complexity.

目錄

第一章 導論………………………………….……….…………….……………....1
1.1 研究動機…………………………………….……………………….……1
1.2 論文架構…………………………….……….…………….…….….…….2
第二章 DVB-H傳送端實體層標準簡介……….………………..…………..3
2.1 通道編碼與調變.………….…….………………………………………...5
2.1.1 多路傳輸調適與隨機式能量分散…………………………………5
2.1.2 外部編碼與外部交錯………………………………………………6
2.1.3 內部編碼……………………………………………………………7
2.1.4 內部交錯……………………………………………………………8
2.1.4.1 位元交錯……………………………………………………9
2.1.4.2 符號交錯器……………………………………………..…11
2.1.4.3 深度交錯…………………………………………………..14
2.1.5 訊號星座圖與映射…….…….…………………………………....14
2.2 OFDM碼框結構………………………………………………………….18
2.3 可獲取資訊的參考訊號 (Reference signals)…………………...............20
2.3.1 參照序列(Reference sequence) …………………………………..21
2.3.2 分散式領航訊號位置……………………………………………..21
2.3.3 連續性領航訊號位置……………………………………………..22
2.3.4 領航訊號所載數值………………………………………………..23
2.4 傳輸參數訊號 (Transmission Parameter Signalling；TPS)………....…23
2.4.1 TPS的調變方式…………………………………….……………..23
2.4.2 TPS傳輸數值對照………………………………….……………..24
2.4.2.1 同步字元……………………………….……………….....25
2.4.2.2 訊息位元使用個數…………………….……………….....25
2.4.2.3 碼框編號……………………………….……………….....26
2.4.2.4 星座圖……………………………….……………….........26
2.4.2.5 等級結構資訊……………………….……………….........26
2.4.2.6 碼率……………………………….……………….............26
2.4.2.7 保護區間……………………………….……………….....27
2.4.2.8 傳輸模式……………………………….……………….....27
2.4.2.9 細胞基地台識別……………………….……………….....27
2.4.2.10 DVB-H特有機制資訊………………….……...……….....28
2.4.2.11 TPS的錯誤偵測……………………….………………......28
第三章 接收端設計與效能評估...……...………………....…………….........29
3.1 通道模型(Channel mode).………………………………………..……...30
3.1.1 規格標準中的通道模型…………………………….……..……...30
A. 固定式的接收，萊森衰減……………………….……..……...30
B. 手提式的接收，雷利衰減……………………….……..……...32
C. 調整後的通道模型……………………………………..……....32
3.1.2 COST 207中的通道模型…………………………….……..…......34
3.2 系統效能要求………………………..………………….………..……...35
3.3 時間同步……………………..…………………………………………..36
3.3.1 時間位移的影響……………………..……………………………36
3.3.2 利用CP特性的時間同步演算法……………………………….....37
3.3.3 改良的時間同步演算法……………..……………………………39
3.3.4 兩個方法的效能比較………………..……………………………41
3.4 頻率同步……………..…………………………………………………..43
3.4.1 CFO小數部份估測………………………………………………..44
3.4.2 CFO整數部份估測………………………………………………..46
3.4.2.1. 依據能量偵測法(Power-based) …………………………..46
3.4.2.2. 依據相關性偵測法(Correlation-Based) ……………...…..46
3.4.2.3. 兩種方法的效能比較……………………………………..47
3.5 分散式領航訊號偵測………..………………………………………..…49
3.5.1 依據能量偵測法(Power-based) ………………………………..…50
3.5.2 依據相關性偵測法(Correlation-Based) ………………….…....…50
3.5.3 兩種方法的效能比較…..…………………………………………51
3.6 通道估測………..……………………………………………………..…52
3.6.1 一維線性內插(One-dimensional interpolation) ……………….....53
3.6.2 預設性一維線性內插(Predictive one-dimensional interpolation) .54
3.6.3 二維線性內插(Two-dimensional interpolation) ……………….....55
3.6.4 三種方法的效能比較…………………………………………..…55
3.7 接收端的設計與效能………………………………………………...…62
第四章 DVB-H基頻接收機實現與電路設計……………………..………66
4.1 接收機數位化…….………………..……………………………..……...66
4.2 電路設計.……………..…………...…………………….…………...…..68
4.2.1 改良式時間同步演算法與小數部份頻率偏移估測……………..68
4.2.2 整數部份頻率偏移估測與分散式領航訊號估測.…………...…..69
4.2.3 ㄧ維內插通道估測…………...…………………….………….….69
4.2.4 Demapper……..…………...…………………….…………...……70
第五章 結論與未來展望...…………..…..………………...………...................71
參考文獻...…………..…..……………….. …...………...........………...................72

[1] “Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television,” ETSI (European Telecommunications Standards Institute) EN 300 744, v1.5.1 (2004-06).
[2] “Digital Video Broadcasting (DVB); Measurement guidelines for DVB systems”, ETSI (European Telecommunications Standards Institute), TR 101 290, v1.2.1 (2001-05).
[3] J.-J. van de Beek, M. Sandell, and P.O. Borjesson, “ML Estimation of Time and Frequency Offset in OFDM systems,” IEEE Transactions on Signal Proccessing, Vol. 45, No. 7, July 1997.
[4] Ludwig Schwoerer, “Fast Pilot Synchronization Schemes for DVB-H,” Proceedings of the 4th IASTED international Multi-conference WIRELESS AND OPTICAL COMMUNICATIONS, July 8-10 2004, Banff Canada.
[5] Ulrich Reimers, DVB : The Family of International Standards for Digital Video Broadcasting, Springer; 2 edition, October 15, 2004.
[6] 蘇漢強, System Design of Baseband Receiver for the DVB-H Standard, 國立台灣大學電信工程學研究所 碩士論文, 2004
[7] 林浩群, Transmission Performance Simulations for DVB-H System, 國立台灣大學電信工程學研究所 碩士論文, 2004
[8] 林浩群, 蘇漢強, 數位無線地面電視單頻網建置技術之分析與研究, 交通部電信總局研究計畫, 2004
[9] Walter Fischer, Digital Television : A Practical Guide for Engineers, Springer; 1 edition ,March 5, 2004.
[10] 高誌陽, 陳慶永, DVB-H 技術之介紹, CCL TECHNICAL JOURNAL, December 25, 2004.
[11] 周致遠, Development of DVB-T RF Tuners, 國立中山大學電機工程學系研究所 碩士論文, 2001.