第五章、 數位音響廣播及數位影像廣播地面廣播系統訊號同步架構之設計…
5.2 數位影像廣播地面廣播系訊號同步架構之設計
(n r
pr) ) ((
Xpr
k
−i
N,3,4 -4,-3,....
i for =
圖 5-14 整數載波頻率偏移偵測之方塊圖
5.2 數位影像廣播地面廣播系訊號同步架構之設計
圖 5-15 是數位影像廣播地面廣播系統之訊號同步子系統方塊圖。在圖 5-15 中，類比前端訊號經過類比轉數位轉換器後，得到等效基頻接收訊號 。訊號 同步的程序依次為符元時間的估計，小數載波頻率偏移的偵測，整數載波頻率偏 移的偵測以及碼框時序的估計。內層接收機則包含訊號同步和通道的估測，之後 再進入外層接收機。在訊號同步方面，首先是利用護衛間隔的特性來做符元同步 及小數載波頻率偏移的偵測。符元時間的資訊則提供給取樣視窗，用以來取出不 受碼際干擾的符元資料；而小數載波頻率偏移的估計值則提供給自動頻率控制器
（AFC）做頻率的補償。然後訊號經過快速傅立葉轉換，在頻率軸上利用匹配已 知的連續領航次載波位置，可以找出整數載波頻率偏移的估計值。得到的整數載 波頻率偏移估計值同樣會送到自動頻率控制器內去補償頻率。接著利用傳輸參數 訊號（TPS）次載波所攜帶的 TPS 位元，其中每個碼框訊號帶有 67 個 TPS 位元，
包含 16 個同步位元。匹配這 16 個同步位元的位置即可得到碼框時間的估計值。
到此即已完成訊號同步的過程。最後利用散射領航次載波來估計通道響應，此部 份將在第八章做詳細說明。
( )
r n
5.2.1 符元同步及小數載波頻率偏移的偵測
數位影像廣播地面廣播系統中，符元同步及小數載波頻率偏移的偵測，同樣也是 利用護衛間隔的特性來求得。所以在 5.1.2 節中所介紹的兩個偵測數位音響廣播 系統之符元同步及小數載波頻率偏移的方法也適用於此數位影像廣播地面廣播 系統。除了這兩個系統的訊號參數不同外（N 值會改變），其他在圖 5-8 及圖 5-11 中所述的方法完全相同，因此可以共用同一個架構。
Outer Receiver Analog
Front End
Symbol Timing and Fractional Frequency Offset Detection
AFC
Remove Guard Interval
Integral Frequency Offset Detection
Inner Receiver yl,k
Frame Sync.
r(n)
Frame Sync.
δ
∆
Symbol Sync.
FFT A/D
Frame Timing Detection
Channel Estimation Sub-Block (i)
Sub-Block (ii)
Sub-Block (iii)
圖 5-15 數位影像廣播地面廣播系統之訊號同步子系統方塊圖
5.2.2 整數載波頻率偏移的偵測
在符元時間及小數載波頻率偏移偵測完成並且校正補償後，接下來就要做整 數載波頻率偏移的偵測。在數位影像廣播地面廣播系統中，整數載波頻率偏移的 偵測是靠匹配連續領航次載波位置來求得，如圖 5-16 所示。
Peak Power Detection
y
l,kz
k∆
Continual Pilot Carrier Locations for Each OFDM Symbol, and cyclic Shift i fsub , i = -4 +4
Symbol-by-Symbol Average (Length = L3 Symbols)
Zi
由於在同一次載波標記下的所有連續領航次載波位置上的值皆相同，且假設
TPS Carrier Locations for Each OFDM Symbol
Sync. Word (S1 S16)
Correlation Maximum Detection
間、小數載波頻率偏移及整數載波頻率偏移的校正及補償後，再送進快速傅立葉
第六章
數位音響廣播與數位影像廣播地 面廣播系統整合之架構設計
6.1 簡介
數位音響廣播系統(以下簡稱 DAB 系統)與數位影像廣播地面廣播系統(以 下簡稱 DVB-T 系統)之運作有甚多相似之處，因此可利用電路共用之方式，一方 面提高系統區塊使用之效能，另一方面可以藉由軟體之控制,達成系統操作軟體 化，因此一電路架構可運用於多方面之使用。在本章中，首先我們將會對 DAB 及 DVB-T 系統作初步的整合，然後我們將分別介紹這兩個系統訊號同步及其他 部分的整合方式，最後我們將會作一個簡單的結論。
6.2 DAB 與 DVB-T 系統之初步整合
由前面介紹已知這兩種系統之架構，利用函式共用之原理可將這兩種系統整 合，如圖 6-1 所示，此為初步整合概念圖。深色部分為系統訊號同步之部分，將 會在 6-3 節作介紹。由圖 6-1 可以清楚看到系統有共用部份可予以整合，在不同 的運算方式再予以區分為不同處理路徑。本計畫分為三年執行，第一年為整合系 統訊號同步之部份，即為深色區域的地方，我們將會在下一節介紹，至於其它部 分之整合為第二年及第三年之計畫內容。
6.3 DAB 與 DVB-T 系統訊號同步部份整合之介紹
本計畫第一年執行的內容為系統訊號同步部份之整合，在這一節裡將介紹此 部份。整合系統之第一步工作為判斷所要採用之系統，如 DAB 系統或 DVB-T 系統，以及採用系統之何種模式，如 DAB 系統之模式一到模式四或 DVB-T 系統 之 8K 模式及 2K 模式。在決定採用之系統與模式，才可根據系統之類別，由軟 體控制所需之硬體與操作方式。系統之選擇可由人工方式或軟體控制決定，圖 6-2 為系統模式之分類。
Front
End A/D
Guard Interval Removal Symbol Timing &
Fractional Frequency Offset
Detection
FFT
Inner De-interleaving
Inner Decoding (Viterbi Decoding)
Outer De-interleaving
Outer Decoding (R-S Decoding)
Demultiplexing and Source Decoding Frame
Synchronization by Using Null Symbol
DVB-T
DAB DAB
DVB-T
Mode Detector
One-Tap Equalizer Frame
Synchronization Integral Frequency
Offset Detection
Integral Frequency Offset Detection
Channel Estimation DVB-T
DAB
Symbol-by-Symbol Differential
Detection
Data Detection
圖 6-1 DAB 與 DVB-T 系統整合之接收機架構圖
Total modes
DAB mode 1
DAB mode 2
DAB mode 3
DAB
mode 4 DVB-T
8k mode
2k mode
圖 6-2
DAB與
DVB-T系統所有模式示意圖
由這兩種系統架構運作(圖 6-1)可知，其皆需要先經過類比轉數位之處理，
因此這兩種系統使用一組類比轉數位電路即可。之後
DAB須先做碼框同步之工
作，因此若是
DAB系統，則切換到碼框同步處理之電路；而
DVB-T系統則是
要在整數頻率偏移偵測後才可以作碼框同步處理。因此如果是 DVB-T 系統，在 此級會直接通過(By Pass)。在 DAB 系統之路線，碼框同步是偵測 DAB 訊號中 每個碼框的第一個符元，即空符元(Null Symbol)的位置來達成。由於空符元之 長度與其它符元之長度不同，因此 DAB 系統必須在一開始就進行空符元位置之 偵測。之後由於這兩種系統皆需要做符元同步及小數頻率偏移偵測(Symbol Timing and Fractional Frequency Offset Detection)之工作，因此這部分可予以整 合，其細部之參數調整將可由軟體控制，達到不同系統之計算處理。符元同步的 資訊將可以幫助資料訊號在下一級移除護衛間隔(guard interval)取出真正的符元 資料，接著進入快速傅立葉轉換級進行快速傅立葉轉換運算。在此級，訊號是由 時域轉到頻域。由於不同系統或者是相同系統不同模式下，快速傅立葉轉換之運 算長度皆不同，因此在此級需要由軟體控制其不同點數之運算，調整所要處理的 點數。在經過硬體架構及速度之分析，此級之快速傅立葉轉換可使用以記憶體為 基底之單處理器架構，如圖 6-3 所示。不同點數之運算可由控制讀寫記憶體之位 置來達成，以此架構為核心將可適用於 DAB 及 DVB-T 系統之所有模式操作 [13]。經過快速傅立葉轉換之訊號將會送入下一級。
Radix-r butterfly PE
MEM BANK 0 MEM BANK 1 MEM BANK 2
MEM BANK N ADDRESS
GENERATOR
MEMORY-BASED
圖 6-3 單一處理器架構示意圖
DAB 與 DVB-T 系統皆需要做整數頻率偏移偵測之工作，但二者所使用的方 式不同。DAB 系統是利用匹配相位參考符元(Phase Reference Symbol)來達成整 數頻率偏移之計算﹔而 DVB-T 系統則是利用匹配連續領航次載波(Continual Pilot Carriers)的分佈位置來計算出整數頻率偏移之量值。因此雖然其目的相同，
但因為所使用之方法不同，因此在此階段將依系統不同切換成 DAB 或 DVB-T
系統之處理方式，切換將由軟體控制，其細部分析之方法如前面幾章節所介紹。
接著，DVB-T 系統需要做碼框同步之工作，其利用傳輸參數訊號(Transmission Parameter Signaling，TPS)次載波來調整碼框同步。由於每個符元中的 TPS 次載 波會攜帶一個 TPS 位元且在同一符元內之所有 TPS 次載波所攜帶的 TPS 位元皆 相同，所以每個碼框中的 TPS 區塊將包含 67 個 TPS 位元。TPS 區塊中的前 16 個位元為同步位元，由匹配這 16 個同步位元即可以判斷出碼框的起始位置而達 到碼框同步之目的。
DAB 系統因為已於前級完成碼框同步，因此在這階段 DAB 訊號只需要做整 數頻率偏移偵測之工作。其整數頻率偏移偵測是利用收到訊號之第二個符元，即 相位參考符元之資訊來達成。將接收到之相位參考符元訊號與數個可能整數頻率 偏移之已知相位參考符元訊號作匹配，可由運算分析出數個匹配值，比較這些匹 配值，其最大值所代表之整數頻率偏移量值即為所估測之整數頻率偏移量值。因 此，藉由此方式可估測出整數頻率偏移量值。經過小數及整數頻率偏移偵測之 後，即可利用計算出的頻率偏移量值更正原資料訊號之頻率，由此可去除頻率偏 移的問題。因此，了解符元之特性顯得相當重要。
Analog Front End A/D
DAB Frame Synchronization by Using Null Symbol
DAB and DVB-T Symbol Timing &
Fractional Frequency Offset Detection AFC
Remove Guard Interval
FFT
DAB Integral Frequency Offset
Detection
DVB-T Integral Frequency Offset Detection DVB-T Frame Synchronization
DVB-T Channel Estimation
Outer Receiver
DAB
DVB-T
DVB-T DAB
Inner Receiver
圖 6-4 DAB 與 DVB-T 系統訊號同步部分整合之架構圖
圖 6-4 為更詳細之二系統訊號同步部分整合之架構圖，由此圖可以更清楚了 解訊號的傳輸過程。首先，訊號經由前端接收後，皆必須先做類比數位轉換。轉 換好之資料第一步要先判別訊號所使用之模式，了解模式之後，才可知道其正確 之資料格式，也才能夠有正確的方法處理訊號。DAB 系統分為四種模式而 DVB-T 系統分為兩種模式，這些模式如前幾章節所介紹。在判斷出所使用系統之模式，
即可進行之後的同步工作。DAB 系統先要利用空符元之資料作碼框同步，因此 若是 DAB 系統則會切換到碼框同步電路，進行初步之碼框同步。由此過程可找 出 DAB 碼框訊號的第二個符元，即是相位參考符元的起始位置。此符元將可提 供 DAB 系統做差分解調之相位參考依據以及用來估計整數頻率偏移的量值。
DVB-T 系統之碼框結構不包含空符元，因此若是使用 DVB-T 系統將直接進入符 元同步及小數頻率偏移偵測區塊進行運算。此部份為 DAB 及 DVB-T 系統共通
部份，其皆利用護衛間隔來做符元同步及小數頻率偏移之偵測與計算。因此 DAB 系統做完空符元偵測後，一樣會進到此級作運算。
完成符元同步及小數頻率偏移偵測與計算後，小數頻率偏移量值會提供自動 頻率控制器(Automatic Frequency Controller，AFC)作頻率之調整。由於完整之頻 率調整包括整數及小數頻率偏移調整，因此一開始只針對小數部份作調整，整數 部份則需經過快速傅立葉轉換後取出符元之內容，才可以估計出此整數量值。
AFC 搜集到頻率偏移值後，將根據這些資訊調整資料訊號的頻率，調整後的資
AFC 搜集到頻率偏移值後，將根據這些資訊調整資料訊號的頻率，調整後的資