数字有线电视前端调制器的设计与实现汇总.docx
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数字有线电视前端调制器的设计与实现汇总
数字电视从20世纪90年代出现以来,在世界范围内掀起了一场前所未有的信息产业革命,它与电信、电脑共同构成了信息高速公路,是信息产业发展的必然趋势[1]。
未来几年是模拟电视向数字电视过渡的时期,有线电视的数字化将获得极大的发展良机。
而HFC网络前端调制器是进行数据广播,包括数字电视等业务所不可缺少的中心端设备,它的性能的好坏、升级能力的强弱、兼容性的优劣直接影响到整个网络的运营状态。
目前,各国在数字传输系统方案上存在分歧,主要有两大流派,以美国GA系统和欧洲
DVB系统为代表,这两种系统在技术上难分优
劣,已发展成为各自国家或地区的数字电视及
HDTV的标准。
目前,尽管我国最终的数字有线
电视的标准依旧没有出台,但各地广电部门已纷纷采用欧洲标准（DVB-C作为有线传输标准,欧洲标准DVB-C正式作为过渡标准在我国使用已基本得到认同。
所以,本文中前端调制器的设计
数字有线电视前端调制器的设计与实现
赵敏笑1,2,赵
云1,陈文正2
（1.金华职业技术学院,浙江金华321017;2.浙江大学
信息与电子工程系,杭州310027
摘要:
前端调制器是HFC网络实现数据传输的关键设备。
本文从DVB-C标准入手,给出了前端调制
器组成框图,对数据接口、QAM调制、射频上变频器等主要组成模块进行了分析与讨论,给出了设计方案。
最后,给出调制器的中频和射频输出信号的实测结果。
关键词:
DVB-C;前端调制器;QAM调制;射频上变频器;性能测试中图分类号:
TN915.11
文献标识码:
A
文章编号:
1001-7119（200702-0258-04
DesignandRealizationofHead-endModulatorforDigitalCableTelevision
ZHAOMin-xiao1,2,ZHAOYun2,CHENWen-zheng1
（1.JinhuaCollegeofProfessionandTechnology,Jinhua321017,China;
2.DepartmentofInformationandElectronicEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310028,China
Abstract:
TheHead-endmodulatoristhekeyequipmentfordatatransmissionappliedinHFCnetwork.Atfirst,thispa-perintroducesDVB-Cstandard.Withtheunderstandofthis,weputforwardtheconceptualblockdiagramofhead-endmodulator.Themainmodulesofthemodulatorareanalyzedanddiscussion.Thesemodulesincludethedatainterface,QAMmodulationandRFup-converter.Atlast,thispaperpresentsthemeasuringresultsofmediumfrequency&RFsig-nalsformodulator.
Keywords:
DVB-C;head-endmodulator;QAMmodulation;RFup-converter;performancetest
收稿日期:
2005-09-05
基金项目:
金华职业技术学院校基金
作者简介:
赵敏笑（1974-,女,浙江东阳人,讲师,主要从事电子技术研究。
第23卷第2期
2007年3月
科技通报
BULLETINOFSCIENCEANDTECHNOLOGY
Vol.23No.2Mar.2007
第2期采用DVB-C标准。
1DVB-C标准
DVB-C是由欧洲ETSI提出的电缆数字视频广播系统标准,运用MPEG-2标准,并采用多电平正交幅度调制（MQAM技术,实现全数字化传输。
由于它采用RS纠错码和数字滤波技术,因
而具有抗干扰能力强、图像质量好、能够实现无差错接收、对邻近频道干扰小的特点。
DVB-C标准针对的是有线电视系统,它规定基带数字电视信号到CATV信道之间的适配方
法,即信道编码及调制方法,它输入的数字信号可以是卫星接收到的节目、分配链路传来的节目或本地节目,DVB-C前端系统需对这些信号进行
处理。
系统结构如图
1所示[2,3]。
符合MPEG-2的TS流经过基带物理接口进入QAM调制系统。
数据流首先经过生成多项式为X15+X14+1的PRBS模块实现扰码和能量扩散,以方便接收端的码字节同步;随后进行纠错能力为8的RS编码,由188个有效数据形成
204个字节为一帧（16个校验字的结构;为克服
信道中可能产生的突发错误,本系统引入卷积交织模块,能消除小于204/17=12个的突发错误;字节到符号转换完成m=4,5,6,7,8比特符号的转
换,分别对应16,32,64,128,256QAM模式;差分编码及QAM映射完成m比特到星座图的转换,实现I/Q正交和最大码距;基带成形滤波使信号带宽接近最小奈奎斯特带宽,并消除由于滤波器或码元定时不理想造成的码间串扰;最后对I、Q路信号进行QAM调制。
2
前端调制器设计
根据DVB-C标准,前端制调制器组成框图
如图2所示。
从图2可以看到,前端调制器系统由数据接口（包括DVB接口、码速调整、信道编码（包括数据扰乱、纠错编码、卷积交织、QAM调制和射频上变频器等部分组成,其中信道编码可以采用专用的芯片完成,不再赘述。
下面介绍其它组成部分的设计。
2.1数据接口
进入DVB-C前端系统的数字信号可以是卫星接收到的节目、分配链路传来的节目或本地节目,这些符合MPEGII格式的TS流应通过数据口进入调制系统,这里,我们采用SPI接口。
SPI接口是并行同步接口的简称,它采用变比特速率的并行传输模式,数据传输与MPEGII的TS流的字节同步时钟相同步。
同时,MPEGII的TS数据流通常是由188个字节组成的包为单位进行传送的,而在DVB-C系统中信道编码采用RS（204,188编码方法进行,输出流以204个字节为一个包,其中后16个字节为纠错监督位。
所以需要对输入的TS流进行码速调整,其调整后的速率为输入速率的204/
188倍。
由于输入流中含有包长为188字节的字节时钟信号,所以可以采用锁相环（PLL得到所需的时钟,其原理如图3所示。
数字有线电视前端调制器的设计与实现
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科技通报第23卷
图3中,输入、输出信号的时钟关系应满足以下等式
BitCLK204=204×8×ByteCLK188
（1
有了所需的比特时钟,我们只要对被缓存下来的输入数据以新的时钟读出,便可得到所需速率的输出流。
需要注意的是,此处BitCLK204将作为此后调制器的基准时钟,所以对VCO的性能要求是比较高,要求所使用的VCO必须是低抖动、大锁定范围的高性能压控振荡器。
2.2QAM调制
在DVB-C系统中采用QAM调制,QAM调
制是一种被进行了广泛研究的高效调制方式,在各种通信系统中有着广泛应用,是数字微波中继通信、卫星通信、有线电视网数字视频广播等的主要调制方式。
传统的QAM调制方法有正交调幅法和四相迭加法,它们需要采用多路D/A变换的模拟调制技术,往往存在正交载波误差大、IQ信号幅度不平衡、信号谱畸变严重等问题,导致码间干扰（ISI大、
相噪高、已调信号质量差,因此很难得到高性能的调制信号[4]。
为了解决这些问题,本文采用全数字化实现QAM调制的方法。
全数字化调制指的是调制器中各主要模块
均用数字信号处理技术实现,经数模转换后输出中频已调信号,其原理框图如图4所示。
从图中可以看出,输入接口为一路并行数据流和一路串行比特时钟。
输出接口为一路中频（fIF=35.25MHz已调信号,由一个控制单元控制各个模块的工作状态和参数。
采用全数字化方法实现QAM中频调制方
案,能够实现高性能和复杂信号的调制,如256QAM。
其中,选取合适的星座图映射结果和成形滤波器的设计对适应不同星座点数的QAM调制很重要,而内插器、NCO、网孔均衡等模块的性能好坏也对整个中频调制器性能有着较大的影响。
2.3射频上变频器的设计
QAM调制后输出为35.25MHz的中频已调
信号,要在Cable上传输,还必须上变频到射频
频道。
射频变频器完成的功能比较简单,只需要把一个8MHz带宽的35.25MHz中频信号谱搬至几百兆Hz的一个射频8MHz信道内即可。
但在DVB标准中并没有给出如何将数字基带信号转换为射频输出的方案。
本文根据设计要求,给出一种频率捷变、双射频上变频器方案,其组成框图如图5所示。
图中有两个混频器,第一个混频器把信号上变频至固定高中频fIF2,这样可以清除被置于变频器的最高频率范围以外的寄生载波,该高中频混频器的输出经带通滤波、射频放大后被送往第二个混频器。
由于Cable中有线电视频带为65￣865MHz,所以第一个混频本振频率应在1GHz左右。
由于要求输出频道捷变,
所以第二个混频
260
第2期
本振频率应该可以由微处理器来调节控制,使最
终输出信号在我们所要的频道中。
第二个混频器的射频输出接一下可变损耗衰减器以调整至所需输出电平,其输出射频信号经过微处理器选择的带通滤波器,输出我们所需的频谱。
经采用适当的带通滤波器我们可以将宽带噪声减至最低,在没有外部其它滤波的情况下,便可容许任意信道组合（射频信道混合,最后信号经低失真放大后作分配,一路送给发射机而另一路作为测试用信号。
对上述上变频器性能影响较大的模块是带通滤波器（BPF、两个数字频率合成器和两个混频器。
3系统性能测试
前端调制器系统作为数字视频广播前端设备,它与用户终端设备不同,对其的性能指标的要求是相当高的。
因此,在完成系统设计的基础上,我们对所完成的DVB-C前端调制器各指标进行测试,在测试中,输入是以188字节为一帧的空信号,信道编码为RS（204,188,调制星座点数M=64,符号速率f
s
=6.875MS/s,滚降系数α=0.15,中频fIF=35.25MHz,射频频道中心频率fRF=403MHz。
测试结果如图6所示。
从图6可以看出,中频输出谱已相当平整,（下转第265页
数字有线电视前端调制器的设计与实现261
第2期其倾斜不超过0.8dB,带外抑制在40dB以上,此时EVM约为1.6%（RMS。
经射频上变频至
403MHz（见图5￣10,输出谱仍然相当平整,带外干扰在43dB以下,能满足系统要求。
此时EVM比中频时增加了0.4%,约为2.0%（RMS。
从而可以验证该前端调制器的有效性和高性能。
参考文献:
[1]
马时平,毕笃彦,陈振华.DVB-CQAM调制器的实现
[J].中国有线电视,2002（02:
32-33.
[2]
Framingstructure,channelcodingandmodula-tionforcablesystems[M].DVBDocumentEN300429V1.2.1,ETSI,April,1998.
[3]任雄伟,王宏远.DVB-C中实现正交幅度调制中频输出的两种方法[J].电视技术,2002（11:
7-8.
[4]
赵民建,袁梦涛,李式巨,等.全数字多星座图、可变符号率QAM调制器[J].电路与系统学报,2001,6（1:
1-
5.
[5]
荀
颖,杨士中,黄天聪.一种高性能直接射频调制多功能正交调制器的研制[J].中国有线电视,2004,21:
62-66.
（上接第261页
0.8秒,稳态误差为0.9%。
5
结论
本文分析了球杆系统的基本原理,建立了其
PID串级控制模型,并采用遗传算法对其参数进
行了整定。
仿真结果表明,遗传算法为球杆系统的控制研究提供了一种很有意义的方法。
参考文献:
[1]
杨冬云.球-杆系统的控制设计[D].哈尔滨:
哈尔滨工程大学,2003,1-20.
[2]固高科技（深圳有限公司.GBB1004球杆系统实验指导书[M/CD].2005,1-10.
[3]戴晓晖,李敏强,寇纪淞.遗传算法理论研究综述[J].控制与决策:
2000（5:
21-23.
[4]
赵亮,付兴武,徐广明.基于遗传算法的PID控制及其
MATLAB仿真[J].微计算机信息,2004,20（5:
11-15.
[5]殷铭,张兴华,戴先中.基于MATLAB的遗传算法实现
[J].计算机应用,2004（4:
44-46.
[6]
LauraPainton,JamesCampbell.GeneticAlgorithmsinOptimizationofSystemReliability.
IEEETRANSAC-
TIONSONRELIABILITY.1995,44（2:
255-258.[7]
Y.Nakagawa,K.Nakashima.Aheuristicmethodforde-terminingoptimalreliabilityallocation,IEEETrans.Re-liability,1977,26（3:
156-161.
!
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基于遗传算法的球杆系统PID
控制器参数整定
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