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有线电视矢量信号分析仪的设计与实现

作　者: 牛川
导　师: 刘开华
学　校: 天津大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 矢量信号分析仪 软件无线电 锁相环 符号定时恢复 载波恢复
分类号: TN943.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


数字电视在我国已经大面积普及,特别是有线数字电视技术在我国已经相当成熟。近些年随着数字电视的发展各种关于数字电视领域的测试测量仪器也层出不穷,其中矢量信号分析仪在有线电视领域应用最广泛。矢量信号分析仪能够从时域、频域和调制域等全方位、多角度地对有线数字电视信号进行测试测量,可以为数字电视发射机测量、接收机测试以及有线信道评估提供全面的解决方案。本文以软件无线电的思想为指导,从全数字接收机设计和锁相环的基本理论出发,基于FPGA成功地设计与实现了有线电视信号矢量分析。本文介绍了有线电视QAM全数字调制解调和锁相环的基本原理,并且基于软件无线电的基本思想提出了有线电视矢量信号分析仪的总体设计方案。文中详细阐述了矢量信号分析仪中频数字信号处理算法,包括数字下变频、匹配滤波、符号定时恢复和载波恢复,并通过MATLAB对各个算法进行仿真,为算法的FPGA实现奠定基础。在此基础上,本文选取ALTERA公司的DK-CYCII-2C20NFPGA开发板为实现平台,在Quartus II中对各个模块进行电路设计和功能仿真验证。利用第三方仿真软件ModelSim对设计系统进行时序仿真验证,并对相关电路进行优化设计。从仿真结果看出,设计系统达到预期指标和要求。最后,本文对有线数字电视矢量信号分析仪的部分电路模块进行板级平台验证设计,同时介绍了相关电路的测试方法。本课题研究成果为研制有线数字电视测试仪器奠定了基础,同时设计经过时序优化和资源优化还可以向专用QAM解调芯片转化,以进一步缩小系统面积、降低成本和提高电路的可靠性,因此本文成果具有较高的实用价值。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-12
  1.1 课题研究背景与意义  8-9
  1.2 研究现状  9-10
  1.3 主要工作与论文结构  10-12
第二章 有线电视矢量信号分析仪的总体解决方案  12-22
  2.1 QAM调制解调的基本原理  12-15
    2.1.1 QAM正交幅度调制  12
    2.1.2 QAM调制解调原理  12-15
  2.2 锁相环的基本原理  15-19
    2.2.1 锁相环的组成  15-16
    2.2.2 锁相环路跟踪性能  16-18
    2.2.3 锁相环路噪声性能  18-19
  2.3 基于软件无线电设计思想的有线电视矢量信号分析仪的解决方案  19-21
    2.3.1 软件无线电体系结构  19-20
    2.3.2 有线电视矢量信号分析仪总体结构  20
    2.3.3 设计系统数字信号处理部分概述  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第三章 有线电视矢量信号分析仪中频数字信号处理算法研究  22-48
  3.1 MATLAB简介  22
  3.2 数字下变频与匹配滤波的分析、设计与仿真  22-27
    3.2.1 数字下变频原理  22-23
    3.2.2 匹配滤波器的设计  23-25
    3.2.3 数字下变频、匹配滤波器仿真  25-27
  3.3 符号定时同步算法的研究与仿真  27-39
    3.3.1 差值方程  28-29
    3.3.2 控制器原理  29-31
    3.3.3 内插器  31-33
    3.3.4 定时误差检测器  33-34
    3.3.5 环路滤器  34
    3.3.6 符号定时环路的仿真  34-39
  3.4 载波同步算法的研究与仿真  39-44
    3.4.1 最大似然估计算法  39-40
    3.4.2 面向判决的相位检测算法  40
    3.4.3 简化星座算法  40-41
    3.4.4 极性判决载波恢复算法  41-42
    3.4.5 本系统采用算法及仿真  42-44
  3.5 设计系统中频数字信号处理联合仿真  44-47
  3.6 本章小结  47-48
第四章 有线电视信号矢量分析仪的FPGA设计与实现  48-66
  4.1 FPGA选型及其开发流程  48-50
    4.1.1 FPGA器件选型  48
    4.1.2 FPGA开发流程  48-49
    4.1.3 ModelSim仿真介绍  49-50
  4.2 系统结构划分  50
  4.3 数字下变频的设计与实现  50-51
  4.4 匹配滤波器设计与实现  51-52
  4.5 符号定时恢复设计与实现  52-58
    4.5.1 系统时序单元设计介绍  53-54
    4.5.2 控制单元设计与仿真  54
    4.5.3 差值模块的设计与仿真  54-55
    4.5.4 误差检测模块的设计与仿真  55
    4.5.5 环路滤波模块的设计与仿真  55-56
    4.5.6 重采样模块的设计  56
    4.5.7 符号定时恢复同步子系统的ModelSim时序仿真验证  56-58
  4.6 载波恢复设计与实现  58-63
    4.6.1 复数乘法器的设计与仿真  59-60
    4.6.2 鉴相器的设计与仿真  60
    4.6.3 环路滤波器设计  60-61
    4.6.4 ATC的设计与仿真  61
    4.6.5 NCO设计  61-62
    4.6.6 载波恢复子系统的ModelSim时序验证仿真  62-63
  4.7 有线电视矢量信号分析仪数字信号处理部分总体设计  63-65
  4.8 本章小结  65-66
第五章 设计系统的FPGA板级验证设计与测试方法介绍  66-70
  5.1 FPGA测试平台介绍  66-68
  5.2 QAM测试信号设计  68-69
  5.3 设计系统测试方法介绍  69
  5.4 本章小结  69-70
第六章 总结与展望  70-72
  6.1 全文总结  70
  6.2 系统展望改进  70-72
参考文献  72-74
发表论文和参加科研情况说明  74-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 电视 > 电视信号的传输 > 闭路电视系统（有线电视网）
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