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dvb-s2信道接收芯片载波恢复算法的研究与实现

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DVB-S2信道接收芯片载波恢复算法的研究与实现

作者：李燕华北京工业大学

学位级别：硕士

随着数字通信技术的飞速发展,卫星数字电视系统dvb-s逐渐的被新标准dvb-s2代替,由于国内的数字电视产业相对落后,所以跟踪最新的通信技术十分必要。本论文详细的研究了第二代卫星数字电视系统dvb-s2的载波恢复技术。载波恢复是数字通信... 详细信息

随着数字通信技术的飞速发展,卫星数字电视系统dvb-s逐渐的被新标准dvb-s2代替,由于国内的数字电视产业相对落后,所以跟踪最新的通信技术十分必要。本论文详细的研究了第二代卫星数字电视系统dvb-s2的载波恢复技术。载波恢复是数字通信系统中解调模块里非常重要的一部分,用于纠正传输信道和接收系统所造成的信号的频偏、相偏和相位噪声。由于载波恢复需要捕获较大的频偏范围、较短的收敛时间、较小的相位噪声和较低的硬件实现成本,所以本文从这四个方面考虑算法的选择。首先将载波恢复模块分成频率恢复环路和相位恢复环路,频率恢复环路用于纠正大的频偏,而相位恢复环路用于纠正剩余的频偏和相偏。分析了五种经典的频率检测器,由于四重相关器和频偏直接检测法能捕获的频偏范围小,而极大似然估计法和差分功率检测法的硬件实现复杂,所以选择了频率捕捉范围足够而且硬件实现方便的导频检测法作为频率检测器的算法。在分析了M阶科斯塔斯环、极型科斯塔斯环、直接判决法三种算法的原理和性能之后,选择了硬件实现简单、性能满足要求的极型科斯塔斯法作为相位检测器的算法,同时,锁定检测器采用了相偏累加法。然后用C语言对算法进行建模,仿真了环路捕获频偏范围、相位噪声、收敛速度等性能指标,仿真结果表明,能捕获至少20%的符号速率的频偏;在频偏为80KHz时,收敛时间是50us。然后根据仿真结果设定了环路滤波器的增益、锁定器的阈值等参数,最后给出了在不同信噪比下,整个环路的误码率,与理论值大约差了0.5dB。在浮点模型完成之后,进行了定点化和RTL代码实现,并对硬件结构进行了优化。最后在FPGA上进行综合,得到了硬件的最高可运行速度是85MHz,占用了硬件资源约为3000个LUT。

关键词：载波恢复 dvb-s2 频率检测相位检测

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dvb-s2与我国的直播卫星系统

广播与电视技术 2005年第1期32卷 73-76页

作者：佘方毅国家广电总局广播科学研究院

本文对第二代数字卫星广播技术标准(dvb-s2)进行了简要分析,指出了在我国即将开展的数字卫星直播系统(DBs)中采用dvb-s2的可行性。

关键词： dvb-s2 直播卫星系统卫星广播技术卫星直播系统 DBs 数字中国代数标准

Modeling of a dvb-s2 Transmission Chain with Optimization of Adjustment Parameters for a Good Quality of the Reception signal

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International Journal of Communications, Network and system sciences 2023年第1期16卷 1-20页

作者： Patrick Dany Bavoua Kenfack Alphonse Binele Abana Emmanuel Tonye salim Adjiali Boukar Department of Electrical and Telecommunications Engineering National Advanced Polytechnic School University of Ya-ounde I Yaounde Cameroon

Digital television is part of our daily lives. We took an interest in the dvb-s2 standard in particular, because it is the one that governs the transmission by satellite of multimedia content from television programs. With ever-changing user needs, there are new challenges that the dvb-s2 standard is no longer able to meet due to errors caused by weather and hardware limitations. The main purpose of a satellite TV transmission is to obtain a video signal in reception of the best possible quality and at a high bit rate. It is therefore important to determine all the factors which could intervene in the process of transmission and which have a negative impact on the yield at the reception of the signal. We therefore designed and simulated the dvb-s and dvb-s2 transmission chains with QPsK modulation (and an FEC coding rate of 1/2), on MATLAB software (simulink), and with an AWGN channel for the sake of comparison performance between these two chains. Then we carried out the design of the dvb-s2 transmission chain with an RF (Radio Frequency) satellite channel, by materializing all the elements which intervene in the downlink to evaluate the performance of this chain according to the factors which influence and/or degrade the signal quality between transmission and reception at the receiving earth station. The main results obtained relate to the dvb-s2 transmission chain and were interpreted using the visualization of the error rate blocks: With an AWGN channel, increasing the signal-to-noise ratio decreases the rate of erroneous packets and therefore improves the quality of the received signal. With an RF satellite channel on the downlink: increasing the transmit power improves the receive performance, this is useful for correcting most RF imperfections;having larger parabolic antennas is an advantage because they have greater gains;this makes it possible to minimize the rate of erroneous packets. These simulations allowed us to determine the precise and numerical imp

关键词： dvb-s2 Modulation AWGN RF Imperfection TV Transmission

dvb-s2标准中LDPC码的编译码研究及仿真

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DVB-S2标准中LDPC码的编译码研究及仿真

作者：杨静西安电子科技大学

学位级别：硕士

早在1962年Gallager就提出了LDPC码,它是一种具有稀疏奇偶校验矩阵的线性分组码,当时限于技术的原因,并没有引起重视。后来Mackay等人重新对LDPC码进行了研究,发现它具有接近香农限的性能,而且译码简单可以实行并行操作,非常适合硬件操... 详细信息

早在1962年Gallager就提出了LDPC码,它是一种具有稀疏奇偶校验矩阵的线性分组码,当时限于技术的原因,并没有引起重视。后来Mackay等人重新对LDPC码进行了研究,发现它具有接近香农限的性能,而且译码简单可以实行并行操作,非常适合硬件操作。dvb-s2是新一代的数字卫星广播标准,它的前向纠错系统采用了BCH码和LDPC码级联的编码方案,具有强大的纠错能力。本文对dvb-s2标准下的LDPC码进行了研究以及仿真。本文首先讨论了LDPC码的基础理论,介绍了LDPC码的定义、表示方法以及构造方法;接着分析了dvb-s2标准中的LDPC码的编码原理,并对dvb-s2标准中的LDPC码的结构以及它的校验矩阵的结构进行了详细的分析;下来重点分析了LDPC码基于置信传播的译码算法,对不同的算法的原理给出了详细的解释,最后并给出了仿真结果,找到了适合dvb-s2标准适用的译码算法。最后采用了最小和译码算法来进行硬件实现。由于dvb-s2中LDPC码的码长较长,为了减小存储量同时也为了加快译码速度,最终采用低复杂度的分层迭代结构的最小和算法,它不仅加快了译码速度而且减小了存储量。最后对译码器的设计思想进行了讨论和分析,重点分析了结构化的存储方式以及45路并行处理的设计方法。

关键词： LDPC码 dvb-s2 LDPC编码 BP算法最小和算法译码器

dvb-s2在数字卫星地球站系统中的应用分析与研究

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DVB-S2在数字卫星地球站系统中的应用分析与研究

作者：张小平内蒙古大学

学位级别：硕士

卫星数字电视是广播电视传输和覆盖的主要手段之一,经过近20年的发展,取得了丰硕的成果。1995年开始,我国卫星广播电视已经从模拟电视逐渐走向数字电视时代。卫星数字电视的主要优点是频谱利用率高,当前我国数字电视正在向高清化、超高... 详细信息

卫星数字电视是广播电视传输和覆盖的主要手段之一,经过近20年的发展,取得了丰硕的成果。1995年开始,我国卫星广播电视已经从模拟电视逐渐走向数字电视时代。卫星数字电视的主要优点是频谱利用率高,当前我国数字电视正在向高清化、超高清化(如4K和8K电视)、多维化(如3D电视)方向发展,因此而产生的数据量也不断增大,传输一套高清电视相当于传输4到5套标清电视节目,码流大约在18Mbps左右。4K电视至少是高清电视数据量的4倍,8K是高清电视的16倍,激增的数据量就必须设法提高卫星的传输容量。目前广泛使用的dvb-s技术,由于信道编码、调制技术的限制,不能高效的传输新业务,是卫星传输的技术瓶颈,必须设法解决。为了提高卫星信道容量,必须采取的具体措施有,一是改进数字压缩技术,大力发展信源编码技术,进一步减小每像素压缩编码的比特值。二是研究信道编码技术,使用先进的纠错编码技术,能更好的逼近仙农极限。三是开发出更高阶的调制技术,获得更高的频谱使用效率。信源编码已经比较成熟,如H.264,AVs等。寻求一种可靠、高效的信道编码是解决卫星传输容量的有效方法。随着卫星技术、纠错编码技术、调制技术的发展,一种新的卫星传输标准应用而生,为此,本文提出dvb-s2在数字卫星地球站系统中的应用分析与研究,进一步促进我区卫星数字电视的发展。

关键词： dvb-s dvb-s2 数据分析 LDPC 32APsK

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dvb-s2信号接收处理技术研究

DVB-S2信号接收处理技术研究

作者：弓耀辉国防科技大学

学位级别：硕士

目前在世界范围内大多数的卫星数字广播系统采用的广播标准就是dvb-s标准,但是还有一些亟待改进的问题,例如有限码率、传输性能、调制编码方式等。因此,在dvb-s标准的基础上,dvb-s2标准出现了。dvb-s2/ACM作为一种新型高效通信标准,近... 详细信息

目前在世界范围内大多数的卫星数字广播系统采用的广播标准就是dvb-s标准,但是还有一些亟待改进的问题,例如有限码率、传输性能、调制编码方式等。因此,在dvb-s标准的基础上,dvb-s2标准出现了。dvb-s2/ACM作为一种新型高效通信标准,近几年得到迅速发展,它不仅是承载高清电视的标准,而且是卫星宽带互联网接入业务的最佳选择方式。全新的信道编码模式和数据传输格式、高阶调制技术和ACM(adaptive coded modulation,自适应编码与调制技术)技术是dvb-s2标准的特点。这些新技术在国际通信卫星、欧洲新一代通信卫星以及我国新的通信卫星上已逐渐开始得到应用。当今市场上,传统的家用dvb-s2解调器市场均是支持对Ts流的图像数据进行解码观看,而对IP数据的提取支持则是动辄数十万元的商用解调器的专利。目前有NEWTEC公司研制dvb-s2解调器等商用解调器设备可以对该信号进行接收,但是造价非常昂贵,不适合广泛推广。随着dvb-s2信号普及率越来越高,其承载IP数据也越来越多,亟需要大量高性价比接收设备。为了能以较低的成本实现对dvb-s2信号内的IP数据提取,提出了本文的研究任务。本文在详细分析dvb-s2标准中使用的关键技术的基础上,阐述了对应每项关键技术的处理方法,主要包括自适应调制信号的解调方法、对dvb-s2中的BCH码和LDPC码的译码方法和dvb-s2信号经过解调解码后数据流的接收处理方法。分别提出了相应的解决方案或仿真模型,并设计实现了接收设备原型机,可以同时处理音视频数据和IP数据,实现了dvb-s2信号的接收。本文原型接收机的成本不超过3万元,只占商用接收机价格的十分之一左右。与市面上的板卡相比,本文接收机在有限提高成本的基础上,可以支持自定义数据处理,实现了dvb-s2信号中IP数据的处理。另外原型接收机各个系统的功能模块是相互独立的,拥有较大调整空间,这使得其可以用作通用解调器的基础方案。尤其是在对类dvb的非标准信号的处理验证方面,相对市面上的各种专用系统,本文提供的验证系统拥有较大优势。

关键词： dvb-s2 自适应调制 LDPC BCH

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dvb-s2中LDPC码的编码及实现

DVB-S2中LDPC码的编码及实现

作者：华力国防科学技术大学

学位级别：硕士

LDPC码(低密度校验码)是一类由非常稀疏的校验矩阵定义的线性分组纠错码,具有逼近香农限的性能,已经被广泛应用于移动通信、深空通信以及卫星通信等领域。2005年由数字视频广播(dvb)项目组织正式发布的新一代数字视频卫星广播标准dvb-s... 详细信息

LDPC码(低密度校验码)是一类由非常稀疏的校验矩阵定义的线性分组纠错码,具有逼近香农限的性能,已经被广泛应用于移动通信、深空通信以及卫星通信等领域。2005年由数字视频广播(dvb)项目组织正式发布的新一代数字视频卫星广播标准dvb-s2采用了BCH码与LDPC码级联的信道编码方案。这种编码方案在性能上与香农极限只有0.7～1dB的差距,在给定的信噪门限上误包率(PER)低于10。研究了LDPC码构造法和编码方法,在此基础上研究了几种通信标准中采用的LDPC码的构造及编码方法,并分析了IEEE802.16e中LDPC码的编码方法及编码复杂度。在图模型理论的基础上,着重分析了一类特殊的LDPC码——IRA(非规则重复累积)码的构造方法。在此基础上,研究了两种结构的IRA码编码器,得知IRA码的编码器结构简单,复杂度与码长呈线性关系,具有重要的实用价值。并提出了Turbo码型的IRA编码器生成奇偶校验位的两种硬件实现方法,还对比了它们的硬件资源占用情况和编码总周期。通过对dvb-s2标准中LDPC码编码方式的分析,得知该码属于IRA码,并研究得出了一些关键参数;完成了标准中部分码率IRA码的性能仿真:用FPGA设计并实现了标准中两种码长、11种码率的通用IRA码编码器。所设计的编码器工作稳定可靠,且时钟频率达到114.869MHz,满足dvb-s2标准的要求。通过研究dvb-s2调制器的工作原理,结合开发和调试各模块的需求,设计了dvb-s2调制器的开发板。开发板能够实现dvb-s2标准中固定调制编码模式、单MPEG-2 Ts流输入的调制器功能,并且能够对调制器的各模块分别进行设计和调试。

关键词： LDPC码非规则重复累加码通用编码 dvb-s2 FPGA实现

dvb-s2解调器关键算法及VLsI实现研究

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DVB-S2解调器关键算法及VLSI实现研究

作者：张玉龙复旦大学

学位级别：硕士

近些年来,数字调制解调技术及数字纠错编解码及VLsI设计技术逐渐趋于成熟,这使数字视频广播技术得到了长足的进步。欧洲电信标准委员会自上世纪90年代,相继推出了一系列数字视频广播标准以实现对全球广播网的全面覆盖,如dvb-C(有线)、DV... 详细信息

近些年来,数字调制解调技术及数字纠错编解码及VLsI设计技术逐渐趋于成熟,这使数字视频广播技术得到了长足的进步。欧洲电信标准委员会自上世纪90年代,相继推出了一系列数字视频广播标准以实现对全球广播网的全面覆盖,如dvb-C(有线)、dvb-T(陆地)、dvb-H(手持)、dvb-s(卫星)等,而数字技术的发展已推动以上标准演化成为相应的第二代标准。dvb-s2作为第二代卫星数字视频广播标准,具有更高的灵活性、更强的纠错性能、更大的传输容量,针对此标准的接收机实现研究成为近几年的热点之一。dvb-s2系统应用范围广泛,包括广播服务、交互应用、卫星新闻采集及其它专业应用等,系统参数配置也非常灵活。目前已有的面市方案主要是在原有dvb-s接收机基础上,加入对8PsK调制模式的支持,且未兼容较低码率和无导频的配置。另外,随着人们对广播服务要求的提高,专业应用层次的质量级别要求愈发明显,对高阶调制模式的支持将成为解调器的流行趋势。对低码率的兼容意味着接收机能工作在更恶劣的信道条件下,高阶调制模式则意味着实现复杂度的提高,同时设计时需兼容灵活的导频配置,所以必须仔细研究和优化解调算法与实现以提高接收性能和适应性。本文的主要工作包括,(1)广泛深入调研目前各国主要的卫星传输标准并概述其优缺点比较,介绍dvb-s2系统的帧结构、信道编码及调制系统,结合实际应用给出性能指标,指出潜在的难点,分析标准的应用前景和实现意义。(2)系统分析dvb-s2的信道特征并对其建模,调研现有解调器整体架构,结合对信道非理想因素的分析,指明系统设计要重点解决的问题和入手点。(3)以所建信道模型为前提,建立系统发射-信道-解调模型,对解调器关键模块的各种算法和方案进行仿真和理论分析,结合系统帧结构及数据符号特征等分析提出优化的关键模块算法及VLsI方案,并给出与传统方案的比较,应用该方案可在系统要求的极低信噪比和大载波频偏存在的情况下正确完成解调。算法设计时即考虑到降低VLsI实现的复杂度和电路运算所产生的功耗,而在电路设计时进一步优化VLsI结构,降低电路面积和功耗。(4)研究已有帧同步算法的原理,分析其难以工作在系统要求的信噪比条件下的原因,结合dvb-s2帧头符号特点及导频符号的深入分析和利用,提出一种新的鲁棒性更强的基于导频符号相关辅助和双峰值检测的帧同步算法。实验结果表明,该方案能工作在比系统要求的更低信噪比条件下,对频偏和相偏不敏感,同时兼容有导频模式和无导频模式,能正确鉴别四种调制模式。(5)研究已有载波细频偏和载波相偏恢复算法原理,结合对VLsI实现复杂度的考虑以及对星座点符号特征的分析,提出采用非面向判决的载波同步方案,并与已有的面向判决方案做仿真结果比较和分析。结果表明新方案在保证较为接近的载波同步性能的同时,有效降低了电路复杂度。(6)对已有数字自动增益控制模块的原理进行分析,分析其对dvb-s2无导频模式难以兼容及收敛速度较慢的原因,提出新的具有更强收敛特性的代价函数,得到一种新的数字自动增益控制方案并与传统方案做了比较和分析。结果表明该方案不仅收敛速度更快,而且可同时兼容有导频和无导频模式,同时具有相对较低的实现复杂度,能为后续均衡及解映射提供更为准确的幅度参照。(7)针对低阶调制模式工作在较低信噪比条件下的特点,为降低误码率和主要由从高频头至调谐器线缆引入的回波干扰,采用面向判决的符号LMs算法对接收符号进行均衡,而在高阶调制模式16APsK、32APsK时应用CMA盲均衡算法,在引入较低复杂度代价的情况下,该融合均衡方案能支持较低的信噪比,有效减少符号间干扰导致的解调性能损失。(8)结合关键模块的算法和VLsI结构,给出本文dvb-s2解调系统的整体架构和验证方案。使用VerilogHDL完成解调系统的硬件设计,采用Altera公司的stratixⅡEP2s180F器件系列进行了FPGA平台的搭建,并进行了较为全面的系统性能仿真验证和FPGA平台各项指标的测试,结果表明该解调系统能正确完成dvb-s2广播信号的解调功能。

关键词： dvb-s2 解调帧同步载波恢复数字自动增益控制均衡 VLsI实现

dvb-s2中LDPC和积译码的GPU实现

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电视技术 2010年第12期34卷 25-27页

作者：李敏王军赵明清华大学电子工程系北京100084 清华大学数字电视研究中心北京100084 清华大学信息技术研究院北京100084

第二代卫星数字广播系统dvb-s2采用接近shannon限的LDPC码作为内码。在LDPC译码方式中,软判决的和积译码性能最佳,但是由于其采用大量浮点数运算,使得译码器的软硬件实现都较困难。为此,提出一种采用图形处理器(GPU)编程进行译码的实现... 详细信息

第二代卫星数字广播系统dvb-s2采用接近shannon限的LDPC码作为内码。在LDPC译码方式中,软判决的和积译码性能最佳,但是由于其采用大量浮点数运算,使得译码器的软硬件实现都较困难。为此,提出一种采用图形处理器(GPU)编程进行译码的实现方式。GPU的并行处理功能使其可以同时满足高精度浮点运算和高速实时解码的要求,为dvb-s2的实际应用提供了新的思路。采用计算机上NVIDIA GeForce 9600显卡编程环境,实现了满足高清视频要求的信息吞吐速率。

关键词： dvb-s2 LDPC 和积译码 GPU