2) 扫频控制。其主要功能是控制扫描频率。在模块的ROM中依次存储了被扫描的各个频点的频率值，控制模块根据峰值检测输出的信号决定锁定该频点还是进入下一个频点。为排除突发干扰的影响，对于每个频点，扫频模块都应在该频点停留一定的时间，以便相关检测能够正确地跟踪帧头。由于反馈环路存在延时，扫频在每个频点的停留时间应比帧头检测跟踪时间要适当延长。
扫频相邻频点的频率间隔应小于载波一般估计的有效频偏范围，这样保证载波估计模块有效估计出扫频后的剩余频偏。相关检测部分的门限也要与扫频跨度相对应，使得当剩余频偏大于扫频间隔时系统无法检测出大于门限的相关峰。
3 ) 载波偏差纠正。这里NCO采用累加器实现，输入为估计的频率，对该频率进行累加(积分)，即得到相位值。输出的正弦波和余弦波通过查表实现。
3.3 载波一般估计和精细估计模块
载波一般估计对剩余频偏的有效估计范围是
，它需要系统确定帧头位置。因此载波一般估计模块在扫频符号同步结束后就开始工作。
一般估计模块的实现框图如图6。这里采用帧头的A段与B段的相关估计载波频偏。选择A段和B段是因其位于帧头相对靠后的位置，不容易受到影响。对于ISI比较严重的情况，因为接收信号被认为是零均值的随机数，所以ISI也是零均值的随机信号。这样可用长的相关窗取平均的方法在一定程度上消除ISI干扰。为对前后信号做互相关运算，模块需要1个RAM来存储一段帧头信号。由标准所规定的帧结构，循环后缀的长度为82个符号，因此这里RAM存储不超过82个符号长度的数据。
精细估计和一般估计同时进行，但只在一般估计跟踪了载波频偏一段时间，且剩余频偏小于精细估计的最大范围之后才开始输出。精细估计对前后相邻两帧的帧头做互相关，互相关的两组数据间隔为帧长4 200。该模块的实现可用一般估计已存储在RAM中的上一帧A段数据与本帧A段数据进行相关。如图6所示，当A段数据到来时，此时RAM中存储的为上一帧A段的数据，因此可以读出RAM中的数据，与接收到的信号做相关即可完成精细估计。具体实现结构如图7，这里RAM是先读后写的，因此数据进入RAM有一个符号的延迟，这对算法并没有影响。
3.4 控制扫频模块
控制模块是同步部分最核心的模块，其主要功能有：
1) 控制扫频功能。包括扫频频率的输出，扫频点变换的控制;
2) 控制一般估计和精细估计的转换。在一般估计模式中，对估计出的频率与精细估计的频率范围作比较，如果发现估计的剩余频偏一直处在精细估计的范围内(例如连续5帧)，则转换为精细估计;
3)控制模块还包括了反馈环路中的低通滤波器部分，对载波频率的估计进行低通滤波和累加。
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4 仿真及分析
在FPGA平台上进行了基带模块的仿真以验证其功能。用于仿真的接收数据中加入了21.17 kHz的载波偏差。仿真的环境见表1。
图8说明了仿真的结果，其中，纵坐标为NCO的输入频率，横坐标为经过的帧数。
从图8中可以看出，在同步模块工作的初期，由于载波偏差过大，相关模块无法找到相关峰。模块通过扫频、反馈环路与载波一般估计、精细估计的协同工作，跟踪载波频偏，同时扫频帧同步还获取了帧同步信息。由于硬件实现定点化计算精度有限，经过载波同步模块的信号仍然会有少量的载波频偏，这种偏差可通过后边的相位锁定或均衡器模块纠正。
对本文提出的同步模块架构通过FPGA实现并用ALTEra QUARTusII软件进行了仿真和综合，资源的占用情况如表2。如果采用T/2或更高频率的系统时钟，帧头检测的相关器可以被I/Q两路复用，大大减少资源占用。由于算法简单，而且对数据的处理速度要求不高，因此该模块具有占用资源少、运行频率高等优点，完全满足国标系统接收机的设计要求。
5 小结
本文基于中国地面数字电视国家标准提出的系统结构，设计了接收机帧同步与载波同步的联合同步模块，并对硬件实现中可能遇到的问题进行了讨论。仿真证明，这种结构可有效解决帧同步与载波同步互相牵制的问题，准确获取帧头信息，且能对抗相对较大的载波频率偏差。如果采用较高的计算精度，载波频率跟踪的准确性则可以得到保证。
本文关键字：数字电视 DSP/FPGA技术，单片机-工控设备 - DSP/FPGA技术
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