DVB-S2 接收器之FPGA實現

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：48

、訪客IP：3.135.216.11

姓名

羅豫碁(Yu-chi Lo) 查詢紙本館藏

畢業系所

通訊工程學系

論文名稱

DVB-S2 接收器之FPGA實現
(Design and Implementation of DVB-S2 Receiver with FPGA)

相關論文

★ WiMAX基地台信號覆蓋實地量測與分析	★ 被動元件阻抗量測原理及實務
★ 正交分頻多工接收機中數位降頻器之低通濾波器設計	★ 適用於數位電視之里德所羅門編解碼硬體實作
★ 數位電視地面廣播系統之通道估測與等化器設計與實現	★ 數位電視地面廣播之數位基頻收發機即時軟體設計與實現
★ 數位電視地面廣播系統通道解碼之腓特比解碼器實現	★ 無線區域網路收發機之整合實現與測試
★ 以DSP處理器實現數位電視地面廣播系統發射機	★ 數位電視內接收機同步系統之設計與實現
★ AIS實體層(GMSK/FM)與資料鏈結層軟體無線電技術實現	★ 數位電視地面廣播系統內接收機之快速傅立葉轉換處理器研究與設計
★ 數位電視地面廣播之數位降頻器與再取樣器設計與實現	★ 軟體無線電任意基頻訊號接收機系統設計及實現
★ 陣列天線互耦及接收機增益與相位對波束合成器性能影響及校正研究	★ 適用於OFDM系統之可變長度快速傅立葉轉換處理器設計與實現

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

第二代數位衛星廣播 (DVB-S2) 為新一代的數位衛星廣播標準以提升相較於 DVB-S之傳輸量。與DVB-S相比，DVB-S2可提供除QPSK外的多種具有更高頻帶利用率的調製方式，如8PSK、16APSK、32APSK。減少了幅度變化，更能適應線性特性相對不好的衛星傳輸通道。
本論文研究內容以FPGA硬體架構設計與實現DVB-S2內部接收端，包含符碼同步，載波同步，Frame同步以及供給外在接收模組的軟式決策(Soft-Decision)解碼模組。符碼同步採用內插器，以消除時序偏移並進行同步取樣。載波同步則是以固定星座圖計算出相位和頻率偏移，進行回復處理。而Frame同步是經由已知的SOF (Start Of Frame)完成相關器，求出起始位置已截取出正確的Frame範圍，並避免相位的不明確性。而在軟式決定解碼部份，本論文運用了負數旋轉，以對事先計算出的硬式決策(Hard-Decision)邊界，求出與邊界的距離，而得知訊號點的數概似值比(Log Likelihood Ratio, LLR)，以簡化計算的複雜度。

摘要(英)

Digital Video Broadcasting - Satellite - Second Generation(DVB-S2) is a digital television broadcast standard that has been designed as a successor for the popular DVB-S system. In comparison with DVB-S, besides QPSK, DVB include enhanced modulation schemes up to 8PSK, 16APSK and 32APSK, which increase of available bitrate over the same satellite transponder bandwidth. Otherwise, it can reduce the phase offset and have a good performance in channel interference.
The reaserch topic of this thesis is on the hardware architecture design and realization of the DVB-S2 inner receiver with FPGA, Including Symbol Synchronization, Carrier Synchronization and Frame Synchronization, and Soft-Decision module which supplys Log likelihood Ratio (LLR) to outer receiver. The Symbol Synchronization uses interpolator to solve timing offset and do the sampling process. The Carrier Synchronization uses the ideal constellation of QPSK, 8PSK, 16APSK and 32APSK to caculate the phase and frequency offset of the input signal.The frame Synchronization uses the SOF(Start of Frame) which is known data to design a correlator, and caculate the beginning of frame. Then, we can catch the frame we need and avoid the ambiguous of phase. About the Soft-Decision, in this thesis I use the complex rotaion to caculate the distance of the boundary of Hard-decision I had caculate in accurate method, and use the distance as the LLR to simplify the caculate.

關鍵字(中)

★ 第二代數位電視廣播
★ 符碼同步
★ 載波同步
★ Frame同步
★ 軟式決定解碼

關鍵字(英)

★ DVB-S2
★ Symbol Synchronization
★ Carrier Synchronization
★ Frame Synchronization
★ Soft-Decision

論文目次

中文摘要.............................................................................................................. i
ABSTRACT ......................................................................................................... ii
謝誌...................................................................................................................... iii
目錄...................................................................................................................... iv
圖目錄.................................................................................................................. vii
表目錄.................................................................................................................. xi
一、緒論.............................................................................................................. 1
1.1 研究動機與背景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 章節簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
二、DVB-S2規格簡介......................................................................................... 3
2.1 DVB-S2傳送端流程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2 Frame 架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2.1 FEC frame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2.2 PL frame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.3 SOF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3 Frame內部建構運作. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3.1 Bit Interleaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3.2 PL Scrambling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.4 Bit mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4.1 QPSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4.2 8PSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4.3 16PSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4.4 32APSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
iv
三、DVB-S2 內部接收端系統原理.................................................................... 14
3.1 接收端流程架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.1.1 接收端架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.1.2 接收端訊號模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2 再取樣(Resampling) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2.1 費洛內插器(Farrow Interpolator) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2.2 Cubic Lagrange Interpolator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.3 匹配濾波器(Matched Filter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.4 符碼同步(Symbol Synchronization) . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.4.1 符碼同步原理架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.5 載波同步(Carrier Synchronization) . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.5.1 DVB-S2訊號規格Hard-Decision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.5.2 載波同步原理架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.6 Frame同步. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.6.1 相關器(correlator) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.6.2 Descarambling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
四、軟式決策解碼.............................................................................................. 39
4.1 理想算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.1.1 各星座圖Hard-Decision邊界. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.2 簡化計算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2.1 QPSK的LLR計算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2.2 兩星座點離邊界非等距離. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.2.3 最近邊界算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.2.4 邊界距離算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.2.5 8PSK邊界距離算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.2.6 與精確值比較. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
五、硬體架構實現.............................................................................................. 58
5.1 符碼同步模組. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5.1.1 Farrow Interpolater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.1.2 Timing Error Detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
v
5.2 載波同步模組. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.2.1 Decision-Directed Phase-Error Estimator . . . . . . . . . . . . . . 65
5.2.2 Loop lter(carrier synchronization) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.3 Frame同步模組. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.3.1 相關器(Correlator) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.3.2 First and second peak search模組. . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.4 Soft-Decision模組. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.4.1 8PSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.4.2 16APSK和32APSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.4.3 Bit Deinterleaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
六、FPGA實現結果........................................................................................... 78
6.1 硬體使用資源. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
6.2 硬體測試結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
七、結論與未來展望.......................................................................................... 87
參考文獻..............................................................................................................88

參考文獻

[1] Y.-M. Chen, A simple carrier synchronization for dvb-s2 signals using polar
decision-directed phase error estimator," 2014.
[2] Y.-M. Chen, On the design of farrow interpolator for ofdm receivers with asyn-
chronous if sampling," in Communications and Networking in China, 2009. Chi-
naCOM 2009. Fourth International Conference on, pp. 1{5, IEEE, 2009.
[3] E. ETSI, 302 307 v1. 1.2 digital video broadcasting (dvb)," Second generation
framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, In-
teractive Services, News Gathering and other broadband satellite applications,
2006.
[4] D.-y. Kim, Synchronization for all digital receivers. PhD thesis, stanford univer-
sity, 1997.
[5] I. Tsai, Design and fpga implementation of sampling frequency oset synchro-
nization for dvb-t receiver in baseband," 2012.
[6] M. Zhang, S. Kim, W.-Y. Kim, and Y.-H. Cho, Ecient bit-interleaved apsk
scheme for ldpc codes," in Advanced Satellite Multimedia Systems Confer-
ence (ASMS) and 12th Signal Processing for Space Communications Workshop
(SPSC), 2012 6th, pp. 49{53, IEEE, 2012.
[7] R. Ziemer and W. H. Tranter, Principles Of Communications: System Modula-
tion And Noise. John Wiley & Sons, 2006.

指導教授

陳逸民(Yih-min Chen)

審核日期

2015-10-20

推文