● 摘要
SC-FDE（Single Carrier Frequency-Domain Equalization，单载波频域均衡）与OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing，多载波正交频分复用）是现代高速通信系统中先进的最具代表性的通信体制，这两种体制在不同的应用环境中各有技术特点，因此将两种体制融合统一到同一个通信系统中的研究和应用成为通信领域中重要的研究方向之一。本文研究课题来源于国防某重点预研项目Ka频段高速数传系统研究和国家发改委国家数字电视地面多媒体广播（Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting，下文称DTMB）标准研究与融合技术方案系统研制项目，两项目的研究均以单、多载波融合通信体制为基础。本论文从理论分析、系统设计、仿真与硬件实现和系统集成电路设计实现，完成了基于SC-FDE、OFDM融合通信体制系统的研究、设计与实现。本文首先针对系统结构、均衡性能、频偏和相偏影响、多径信道的影响、峰均比等方面研究论述了SC-FDE、OFDM两种通信体制在不同应用环境下的技术特点。本文研究了Ka频段星地高速通信系统的空间信道特性和模型，提出了适用于该通信系统的信道参数。针对卫星信道的特性，提出了基于SC-FDE、OFDM融合的星地链路高速通信体制和结构，对星地链路和收发端特性等关键技术参数进行了研究、仿真和设计。针对发端系统在OFDM模式下峰均比较高而引起的发射机非线性和功率回退的问题，提出了一种改进的SLM(Selected Mapping，选择映射)算法，在改善峰均比的同时降低了系统实现的复杂度；针对系统多普勒频移引起的载波频偏，捕获跟踪困难的问题，提出了一种分段式载波捕获跟踪方法，提高了大频偏状态下载波捕获跟踪的速度和精度；针对系统在低仰角情况下的多径干扰，提出了采用空间接收分集的方案，提高了接收信噪比和成功率。本论文设计完成了我国DTMB系统激励器的基带系统，该系统是激励器实现的最核心组成部分，本文研究完成了激励器码流输入输出处理、系统控制、国标全模式实现等功能，基于国标单、多载波技术融合方案，在国内首次通过中央电视塔广播测试，工作稳定，并首批通过广电总局DTMB国标激励器入网测试，取得入网认定书，为融合方案的验证、国家地面数字电视传输标准及配套标准的制定提供了重要技术支撑。本文研究完成激励器单频网发端结构，经广电总局在北京和南京等城市单频网光纤和微波分布网络现场测试证明，原理正确、结构可行，为国内首次完成基于融合方案的单频网系统，为DTMB单频网相关标准的出台提供了重要的技术支撑。本文提出并实现了一种可变预失真表的非线性预失真校正方法，改善了广播发射端在单、多载波不同调制方式下的非线性校正性能，并保证了载波切换时激励器输出频谱的稳定性。本文研究完成了DTMB系统基带芯片的设计与实现，根据基带模块的特点，重点研究了芯片的布局布线、外部IP核的使用规划和滤波器模块优化的问题。针对滤波器模块占用系统资源过大，复杂度过高的问题，本文提出了一种对称折叠、简化系数、多相位滤波的FIR滤波器结构，与不经优化的滤波器结构相比节约50%以上的面积，从而使整个基带芯片面积大幅降低，使芯片的时钟树结构得到简化，成本和功耗随之降低。最后给出了芯片流片、封装测试后的实验结果，该芯片工作正常，并可应用于DTMB国标激励器中。