Синхронизация в системе цифрового телевидения

Рассмотрены функциональные и структурные схемы синхронизации цифровой телевизионной системы, разработанные в соответствии с европейским стандартом цифрового вещания EN 300 744, который вводится в Российской Федерации как основной стандарт. Созданы алгоритмы оценки параметров рассогласований приемопередающих устройств телевизионной системы во временной и частотной областях. Приведены экспериментальные данные для настройки и проверки прототипа телевизионной системы, а также рабочие характеристики имитационных моделей. Изложены принципы вспомогательных устройств и схем, необходимых для реализации разработанных алгоритмов синхронизации.

Для разработчиков цифровых телевизионных систем, а также специалистов в области цифровых систем синхронизации и систем передачи информации.

Список литературы

1. Ziemer R.E., Peterson R.L. Introduction to digital communication. Upper Saddle River: Prentice-Hall, 2001. 905 p.
2. Piazzo L., Mandarini P. Analysis of phase noise effects in OFDM modems // IEEE Trans. Commun. 2002. Vol. 50. Р. 1696–1705.
3. Иванов А.А. Алгоритм синхронизации во временной области приемопередающих устройств системы с ортогональным частотным уплотнением // Электромагнитные волны и электронные системы. 2008. Т. 13. № 7. С. 33–42
4. Иванов А.А. Алгоритм синхронизации в частотной области приемопередающих устройств системы с ортогональным частотным уплотнением // Радиотехника и электроника. 2008. Т. 53. № 4. С. 447–458.
5. Liu G., Zhu W. Compensation of phase noise in OFDM systems using an ICI reduction scheme // IEEE Trans. Broadcast. 2004. Vol. 50. Р. 399–407.
6. Nikitopoulos K., Polydoros A. Phase-impairment effects and compensation algorithms for OFDM systems // IEEE Trans. Commun. 2005. Vol. 53. Р. 698–707.
7. Compensation of IQ imbalance and phase noise in OFDM systems / J. Tubbax, B. Come, L.V. der Perre et al. // IEEE Trans. Wireless Commun. 2005. № 3. Р. 872–877.
8. Mehrotra A. Noise analysis of phase-locked loops // IEEE Trans. Circuits Syst. 2002. Vol. 49. Р. 1309–1315.
9. Wu S., Bar-Ness Y. OFDM systems in the presence of phase noise: Consequences and solutions // IEEE Trans. Commun. 2004. Vol. 52. P. 1988–1996.
10. Nikitopoulos K., Polydoros A. Compensation schemes for phase noise and residual frequency offset in OFDM systems // Proc. IEEE GLOBECOM’01. 2001. Vol. 1. P. 330–333
11. El-Tanany M.S., Wu Y., Hazy L. Analytical modeling and simulation of phase noise interference in OFDM-based digital television terrestrial broadcasting systems // IEEE Trans. Broadcast. 2001.
12. Casas R.A., Biracree S.L., Youtz A.E. Time domain phase noise correction for OFDM signals // IEEE Trans. Broadcast. 2002. Vol. 48. P. 230–236.
13. Chevillat P., Maiwald D., Ungerboeck G. Rapid training of a voiceband data-modem receiver employing an equalizer with fractional-T spaced coefficients // IEEE Trans. Commun. 1987. Vol. 35. P. 869–876.
14. Jeon W.G., Chang K.H., Cho Y.S. An equalization technique for orthogonal frequency-division multiplexing systems in time-variant mul-tipath channels // IEEE Trans. Commun. 1999. Vol. 47. № 1. P. 27–32
15. Chen B. Maximum likelihood estimation of OFDM carrier frequency offset // IEEE Signal Process. Lett. 2002. Vol. 9. P. 123–126.
16. Chan T.F. An optimal circulant preconditioner for Toeplitz systems // SIAM J. Sci. Stat. Comput. 1988. Vol. 9. P. 766–771
17. Moose P.H. A technique for orthogonal frequency division multiplexing frequency offset correction // IEEE Trans. Commun. 1994. Vol. 42. P. 2908–2914.
18. Schmidl T.M., Cox D.C. Robust frequency and timing synchronization for OFDM // IEEE Trans. Commun. 1997. Vol. 45. №.12. P. 1613–1621
19. Евсиков Ю.А., Чапурский В.В. Преобразование случайных процессов в радиотехнических устройствах. М.: Высш. шк., 1977. 293 с
20. Orthogonal frequency division multiplex synchronization techniques for frequency-selective fading channels / T.M. Keller, L.F. Pi-azzo, P.D. Mandarini, L.S. Hanzo // IEEE J. on Selected Areas in Commun. 2001. № 19. P. 999–1008.
21. Zigangirov K.Z. Theory of code division multiple access communication. Wiley Interscience. 2004. 729 р.
22. ETSI. Digital video broadcasting (DVB); framing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television. EN 300 744 V1.1.2. 1997. 47 р.
23. Fazel K.F., Kaiser S.D. Multi-carrier and spread spectrum systems. Atrium, Southern Gate, Chichester: John Wiley & Sons. 2003. 504 р.
24. A time and frequency synchronization scheme for multiuser OFDM / J.J. van de Beek, P.O. Borjesson, M.L. Boucheret et al. // IEEE Select Areas Commun. 1999. Vol. 17. № 11. P. 1900–1914.
25. Van de Beek J.J., Sandell M.H., Borjesson P.O. ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems // IEEE Trans. Signal Proc. 1997. Vol. 45. N 7. P. 1800–1805.
26. Warner W.D., Leung C.K. OFDM/FM frame synchronization for mobile radio data communication // IEEE Trans. Vehic. Technol. 1993. Vol. 42. N 8. P. 302–313.
27. Скляр Б.Р. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. 2-е изд., испр.: пер. с англ. / под ред. А.В. Назаренко. М.: Издат. дом «Вильямс». 2004. 1104 с.
28. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. СПб.: Питер, 2003. 604 с.
29. Тихонов В.И., Шахтарин Б.И., Сизых В.В. Случайные процессы. Примеры и задачи. Т. 1. Случайные величины и процессы: учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь. 2003. 400 с.
30. Van Trees H.L. Optimum array processing, part 4 of detection, estimation, and modulation sphere. New York: Wiley. 2002. 342 P.
31. Design and рerformance of OFDM-CDMA ыystem in fading сhannels / H.T. Rehman, M.H. Azam, I.C. Zaka, S.K. Shah // IEEE In-ternational Conf. on Emerging Technologies. 2005. P. 123–128.
32. Lin D.D., Chiang P.F., Li H.R. Performance analysis of two-branch transmit diversity block-coded OFDM systems in time-varying multipath rayleigh-fading channels // IEEE Trans. on vehicular tech. 2005. Vol. 54. N 1. P. 4327–4336.
33. Kang K.H., Ann J.F., Lee H.R. Decision-directed maximum-likelihood estimation of OFDM frame synchronization offset // ELECTRONICS LETTERS. 1994. Vol. 30. N 25. P. 2787–2795.
34. Wang C.L., Wang H.C. A low-complexity joint time synchronization and channel estimation scheme for orthogonal frequency divi-sion multiplexing systems // IEEE Trans. commun. 2006. Vol. 15. N 3. P. 1769–1780.
35. Wu H.C. Analysis and сharacterization of intercarrier and in-terblock interferences for wireless mobile OFDM systems // IEEE Trans. on broadcasting. 2006. Vol. 52. N 2. P. 2145–2153.
36. Synchronization тechniques and guard-band-configuration scheme for single-antenna vector-OFDM systems / H.R. Zhang, X.F. Xia, L.K. Cimini, P.D. Ching. // IEEE Trans. оn wireless commun. 2005. Vol. 4. N 5. P. 321–335.
37. Zhou H.A., Huang Y.R. Fine timing synchronization using power delay profile for OFDM Systems // IEEE Trans. Commun. 2005.
38. Coulson A.F. Maximum likelihood synchronization for OFDM using a pilot symbol: Algorithms // IEEE J. on selected areas in com-mun. 2001. Vol. 19. N 12. P. 1665–1675.
39. Cheng M.G., Chou C.D. Maximum-likelihood еstimation of frequency and тime оffsets in OFDM systems with multiple sets of identical data // IEEE Trans. on signal proc. 2006. Vol. 54. N 7. P. 2786–2792.
40. Синхронизация в радиосвязи и радионавигации / Б.И. Шахтарин, А.А. Иванов, М.А. Рязанова и др. М.: Гелиос АРВ. 2007. 256 с.
41. Lin J.J. A frequency оffset еstimation тechnique based on frequency еrror сharacterization for OFDM сommunications on multipath fading сhannels // IEEE Trans. on vehicular tech. 2007. Vol. 56. N 3. P. 3345–3352.
42. Прокис Д.Д. Цифровая связь: пер. с англ. / под ред. Д.Д. Кловского. М.: Радио и связь. 2000. 801 с.
43. Chen W., Mitra U. Training sequence оptimization: Comparisons and an аlternative сriterion // IEEE Trans. Commun. 2000. Vol. 48. N 12. P. 1987–1991.
44. Yue G., Zhou X., Wang X. Performance сomparisons of сhannel еstimation тechniques in multipath fading CDMA // IEEE Trans. Commun. 2004. Vol. 3. N 3. P. 716–724
45. Wang X., Ho P., Wu Y. Robust сhannel еstimation and ISI сancellation for OFDM systems with suppressed features // IEEE. 2005. Vol. 23. N 5. P. 963–972.
46. Perrott M.H., Trott M.N., Sodini C.K. A modeling аpproach for M fractional-N frequency synthesizers аllowing straightfor-ward noise аnalysis // IEEE J. of solid state сircuits. 2002. N 37. P. 1744–1752.
47. Perrott M.H. Fast and accurate behavioral simulation of fractional-N frequency synthesizers and other PLL/DLL circuits / Proc. Design Automation Conf. 2002. P. 112–113.
48. Reduced complexity 1-bit high-order digital delta-sigma modu-lator for low-Voltage fractional-N frequency synthesis applications / B.H. Bornoosh, A.R. Afzali-Kusha, R.D. Dehghani et al. // IEEE Proc. Circuits Devices Syst. 2005. Vol. 152. N 5. P. 5348–5357.
49. Шахтарин Б.И., Иванов А.А. Анализ сигма-дельта модулятора с одной петлей // Научный вестник МГТУ ГА. Сер. Радиофизика и радиотехника. 2008. № 126. С.74–86
50. Chou W.H., Gray R.M. Dithering and its еffects on sigma-delta and multistage sigma-delta modulation // IEEE Тrans. on information theory. 1991. Vol. 37. N 3. P. 500–513.
51. Stephens D.R. Phase-locked loops for wireless communications. New York: Kluwer academic publishers, 2002. 421 р.
52. Шахтарин Б.И., Прохладин Г.Н., Иванов А.А. Нелинейная динамика синтезатора частот с петлей ФАП // Электромагнитные волны и электронные системы. 2007. № 9. Т.12. С. 39–47.
53. Синтезаторы частот / Б.И. Шахтарин, Г.Н. Прохладин, А.А. Иванов и др. М.: Горячая линия – Телеком. 2007. 128 с.
54. Stein J.Y. Digital signal рrocessing: A сomputer science рer-spective. John Wiley & Sons. 2000. 578 р.
55. Григорьев А. Использование CORDIC-алгоритма в QAM-модуляторе // Chip News. 2005. № 9. С. 61–63.
56. Иванов А.А. Применение сигналов с ортогональным частотным мультиплексированием в системах ближней локации // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2010. № 78. С. 88–102