专利名称：数字电视信号综合分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字电视领域，具体地说是一种数字电视信号综合分析仪。
背景技术：
随着技术的不断更新和成熟，数字电视越来越普及，而数字电视信号的强弱是影响数字电视效果的关键所在，所以对数字电视的信号的检测就成为一项关键技术，数字电视信号综合分析仪就应运而生。数字电视信号综合分析仪(DVB-C分析仪)具有调制域分析(其中包括星座图测试与分析、调制误差率(MER)/矢量幅度误差(EVM)、R-S解码前后误码率(BER)测试)、码域分析和频域分析功能(信道功率测试、载噪比测试(C/N)、寄生输出抑制比、频率准确度测试和相噪分析功能)。
目前这类仪器有两种技术方案a.采用特定用途集成电路(ASIC)的方式这种方式的优点是易于实现，研发周期短等优点。缺点是产品的适应范围窄，一种ASIC芯片只适合一种制式应用，如果仪器需要多种功能的要求，那么将需要大量的ASIC芯片，这会带来电路复杂、调试困难、成本高的问题；其次是这种技术升级换代较难，如果出现新制式信号，需要重新设计系统。归结起来这类仪器的适用范围较窄。
b.采用软件无线电的方式，这种方式克服了以上缺点，优点是功能强，支持的制式全面；电路简单，生产调试容易；易于升级换代，只要设计新功能的软件即可，不需要硬件的改动。这种方案的缺点是，技术难度很大，开发周期长。
发明内容
本发明采用软件无线电(SDR)理论解调数字电视信号进行调制域分析。其原理就是将数字电视解调的物理理论抽象为一整套数学算法，然后通过软件(硬逻辑和软逻辑结合)的方式，实现算法解调数字电视射频信号；提取解调过程中的中间变量，得到测试所需要的数据，如星座信息、MER/EVM信息和BER信息等。
为了完成数字电视信号综合测试功能，本发明设计了宽带超外差接收机硬件平台和在此之上的算法数学模型及软件平台。
硬件平台技术方案采用传统的超外差接收机加数字化处理方式。如图1所示，分三部分宽带超外差接收部分、高速数据采样部分和DSP及嵌入式处理部分。
宽带超外差接收机部分是采用常用的超外差方案，两次变频，结构简单，技术成熟。
本项目用这种方案来实现调制域、频域分析功能。
软件平台的内容主要包括FPGA硬件逻辑设计、DVB调制域分析数学模型设计、频域分析数学模型设计和DSP及嵌入式PC软件设计实现。
FPGA硬件逻辑设计实现高速数据缓冲和高速数据处理，关键技术包括高速乒乓缓冲设计，高速DDC(数字下变频器)和频率抽取滤波器设计设计。采用VHDL设计语言实现。
DVB调制域分析数学模型设计是本项目的主要功能，也是项目的核心技术。如图2所示，模型包括正交解调单元、插补与匹配滤波单元、定时恢复环路、FFE均衡器和载波恢复单元、载波恢复环路、DFE均衡器、星座图映射与判决单元、解交织与信道解码单元、能量解随机化和MPEGII输出单元，此外还有两个输出单元星座图输出和BER测试单元。此模型采用软件无线电的特性，只需要配置就能完成各种制式的数字电视信号，而且还能通过升级软件支持心的制式信号，二次开发简单。
DVB调制域分析模型具体如图2所示，前端模拟信号经数字化后为数字信号，数据格式为14位带符号整数，数据进入解调单元，将输入中频信号做希尔伯特变换，转换为正交基带信号；基带信号进入插补器和匹配滤波器；和定时恢复单元一起构成定时恢复功能模块，此部分功能是跟踪并锁定输入信号的码时钟，在相应的时刻点做抛物线插补算法插补，恢复相应时刻点的信号值；FFE均衡器为CMA自适应盲均衡算法，初步均衡信道频响的影响；载波恢复单元的作用是跟踪输入信号的频率误差和相位差，并做相应的跟踪，跟踪的范围是±150KHz；DFE均衡器为判决反馈型自适应均衡滤波器，作用是进一步消除带限信道的影响；这个单元可以输出星座图信息。星座图映射与判决单元根据国际标准(ITU-T J.83 AnnexA，B&C DOCSIS，EuroDOCSIS)做星座图的映射和判决，并生成数据，这些数据根据国际标准(ITU-T J.83 Annex A，B&C DOCSIS，EuroDOCSIS)作相应的解交织、R-S解码和能量解随机化等信道处理过程，之后输出标准的MPEGII码流文件，所有以上功能全部是基于软件无线电的解决方式。
本发明的有益效果具有功能强，指标一致性好，生产调试简单的优点，而且二次功能开发简单，只需要建立算法数学模型和软件实现即可。
图1是系统电路硬件及软件原理框2是调制域分析模型具体实施方式
实施例1下面对照
本发明的实施方式，图1是系统电路硬件及软件原理框图，图2是调制域分析模型。
硬件平台技术方案采用传统的超外差接收机加数字化处理方式。如图一所示，分三部分宽带超外差接收部分、高速数据采样部分和DSP及嵌入式处理部分。
高速数据采样部分，采用流水线式50MSPS ADC电路，14BIT量化位数，能够处理宽带信号，动态大，同时采样电路具有8M字节大容量采样存储深度，为各种制式信号解调分析提供了基础。
DSP及嵌入式处理部分为适应大动态、高速度信号处理，采用高速浮点数DSP处理器和高速FPGA结合的技术方案，具有1600/1200 MIPS/MFLOPS的处理速度。嵌入式处理部分采用低功耗嵌入式工业用微机，结构紧凑稳定。
算法数学模型及软件平台采用了全数字化方案，采用软件无线电的理论方式实现项目功能，虽然技术难度很大，但是具有功能强，指标一致性好，生产调试简单的优点，而且二次功能开发简单，只需要建立算法数学模型和软件实现即可。
软件平台的内容主要包括FPGA硬件逻辑设计、DVB调制域分析数学模型设计、频域分析数学模型设计和DSP及嵌入式PC软件设计实现。
FPGA硬件逻辑设计实现高速数据缓冲和高速数据处理，关键技术包括高速乒乓缓冲设计，高速DDC(数字下变频器)和频率抽取滤波器设计设计。采用VHDL设计语言实现。
DVB调制域分析数学模型设计是本项目的主要功能，也是项目的核心技术。如图2所示，模型包括正交解调单元、插补与匹配滤波单元、定时恢复环路、FFE均衡器和载波恢复单元、载波恢复环路、DFE均衡器、星座图映射与判决单元、解交织与信道解码单元、能量解随机化和MPEGII输出单元，此外还有两个输出单元星座图输出和BER测试单元。此模型采用软件无线电的特性，只需要配置就能完成各种制式的数字电视信号，而且还能通过升级软件支持心的制式信号，二次开发简单。
DVB调制域分析模型具体如图2所示，前端模拟信号经数字化后为数字信号，数据格式为14位带符号整数，数据进入解调单元，将输入中频信号做希尔伯特变换，转换为正交基带信号；基带信号进入插补器和匹配滤波器；和定时恢复单元一起构成定时恢复功能模块，此部分功能是跟踪并锁定输入信号的码时钟，在相应的时刻点做抛物线插补算法插补，恢复相应时刻点的信号值；FFE均衡器为CMA自适应盲均衡算法，初步均衡信道频响的影响；载波恢复单元的作用是跟踪输入信号的频率误差和相位差，并做相应的跟踪，跟踪的范围是±150KHz；DFE均衡器为判决反馈型自适应均衡滤波器，作用是进一步消除带限信道的影响；这个单元可以输出星座图信息。星座图映射与判决单元根据国际标准(ITU-T J.83 AnnexA，B&C DOCSIS，EuroDOCSIS)做星座图的映射和判决，并生成数据，这些数据根据国际标准(ITU-T J.83 Annex A，B&C DOCSIS，EuroDOCSIS)作相应的解交织、R-S解码和能量解随机化等信道处理过程，之后输出标准的MPEGII码流文件，所有以上功能全部是基于软件无线电的解决方式。
技术指标如下调制测试调制类型16/32/64/128/256QAM，QPSK ITU-T J.83 Annex A，B&CDOCSIS，EuroDOCSIS交织性能Up to 128×4 In Annex B，12×17 In Annex A/C星座图显示QPSK 16/32/64128/256QAM带星座图放大功能数字载波平均功率测试幅度范围(30-120)dBμV分辨率 0.01dB绝对精度典型值±1.0dB@+20℃测试范围1MHz-1000MHz带宽范围200kHz-200MHz调制误差率(MER)范围 (22-40)dB精度 ±0.5dB (22-30)dB；±1.0dB (30-35)dB±1.8dB (35-40)dB向量误差量(EVM)范围 0.65％-4.1％解码前后误码率(每钟)范围 1e-9-2e-3符号率范围 (1-7)MS/s
权利要求
1.一种数字电视信号综合分析仪，其硬件采用传统的超外差接收机加数字化处理方式，分三部分宽带超外差接收部分、高速数据采样部分和DSP及嵌入式处理部分，其特征在于其软件平台采用了全数字化方案来实现调制域、频域分析功能，内容主要包括FPGA硬件逻辑设计、DVB调制域分析数学模型设计、频域分析数学模型设计和DSP及嵌入式PC软件设计；FPGA硬件逻辑设计实现高速数据缓冲和高速数据处理，主要包括高速乒乓缓冲设计，高速DDC(数字下变频器)和频率抽取滤波器设计设计；DVB调制域分析数学模型设计包括正交解调单元、插补与匹配滤波单元、定时恢复环路、FFE均衡器和载波恢复单元、载波恢复环路、DFE均衡器、星座图映射与判决单元、解交织与信道解码单元、能量解随机化和MPEGII输出单元，此外还有两个输出单元星座图输出和BER测试单元；前端模拟信号经数字化后为数字信号，数据进入解调单元，将输入中频信号做希尔伯特变换，转换为正交基带信号；基带信号进入插补器和匹配滤波器；和定时恢复单元一起构成定时恢复功能模块，此部分功能是跟踪并锁定输入信号的码时钟，在相应的时刻点做抛物线插补算法插补，恢复相应时刻点的信号值；FFE均衡器为CMA自适应盲均衡算法，初步均衡信道频响的影响；载波恢复单元的作用是跟踪输入信号的频率误差和相位差，并做相应的跟踪，跟踪的范围是±150KHz；DFE均衡器为判决反馈型自适应均衡滤波器，作用是进一步消除带限信道的影响，这个单元可以输出星座图信息；星座图映射与判决单元根据国际标准(ITU-T J.83 Annex A，B&C DOCSIS，EuroDOCSIS)做星座图的映射和判决，并生成数据，这些数据根据国际标准(ITU-TJ.83 Annex A，B&C DOCSIS，EuroDOCSIS)作相应的解交织、R-S解码和能量解随机化等信道处理过程，之后输出标准的MPEGII码流文件。
2.一种在数字电视信号综合分析仪中实现调制域、频域分析的方法，所述的数字电视信号综合分析仪硬件平台技术方案采用传统的超外差接收机加数字化处理方式，分三部分宽带超外差接收部分、高速数据采样部分和DSP及嵌入式处理部分，其特征在于该方法包括FPGA硬件逻辑设计、DVB调制域分析数学模型设计、频域分析数学模型设计和DSP及嵌入式PC软件设计；-FPGA硬件逻辑设计实现高速数据缓冲和高速数据处理，主要包括高速乒乓缓冲设计，高速DDC(数字下变频器)和频率抽取滤波器设计设计；-DVB调制域分析数学模型设计，模型包括正交解调单元、插补与匹配滤波单元、定时恢复环路、FFE均衡器和载波恢复单元、载波恢复环路、DFE均衡器、星座图映射与判决单元、解交织与信道解码单元、能量解随机化和MPEGII输出单元，此外还有两个输出单元星座图输出和BER测试单元；前端模拟信号经数字化后为数字信号，数据进入解调单元，将输入中频信号做希尔伯特变换，转换为正交基带信号；基带信号进入插补器和匹配滤波器；和定时恢复单元一起构成定时恢复功能模块，用于跟踪并锁定输入信号的码时钟，在相应的时刻点做抛物线插补算法插补，恢复相应时刻点的信号值。
全文摘要
本发明涉及数字电视领域，具体地说是一种数字电视信号综合分析仪。本发明采用软件无线电(SDR)理论解调数字电视信号进行调制域分析。其原理就是将数字电视解调的物理理论抽象为一整套数学算法，然后通过软件(硬逻辑和软逻辑结合)的方式，实现算法解调数字电视射频信号；提取解调过程中的中间变量，得到测试所需要的数据，如星座信息、MER/EVM信息和BER信息等。本发明具有功能强，指标一致性好，生产调试简单的优点，而且二次功能开发简单，只需要建立算法数学模型和软件实现即可。
文档编号H04N17/02GK1819665SQ200610013308
公开日2006年8月16日 申请日期2006年3月15日 优先权日2006年3月15日
发明者曹玉良 申请人:天津市德力电子仪器有限公司