2/4/8天线的实现可配置的多样性OFDM移动高清电视接收机的应用程序

文摘

两个pre-FFT自适应阵列天线组合器(AA)和post-FFT载体多样性(CD)组合器与日本地面数字电视集成在一起(ISDB-T) OFDM接收机使用90纳米7 m1p CMOS工艺。2/4/8-antenna多样性接收器可以配置和低成本4天线分集接收系统可以实现在一个大规模集成电路利用AA-CD两阶段的多样性相结合的方法。移动接收性能增加了1.63倍使用降噪滤波电路和样条插值器在城市6-path瑞利衰落(TU6)模型与2-antenna post-FFT载体多样性(2 cd)结合模式。死区是49电力消耗是310兆瓦。

1。介绍

电视广播技术已迅速转向数字域和服务扩大不仅家里电视也无处不在的设备,如地下室手机,电脑,电视和汽车。采用正交频分复用(OFDM)调制方法对地面数字广播综合服务在日本(ISDB-T)标准。OFDM是著名的high-spectral效率传输方法在多径环境中(1]。

当一个OFDM接收机用于汽车、射频(RF)信号经历多普勒频移的汽车移动,如图1。多普勒频移破坏OFDM子载波之间的正交信号,增加了载波间干扰(ICI)。因此,它是一个严重的挑战保持移动ISDB-T接收机的接收质量,为人类的视觉是可以接受的。

一个众所周知的方法提高OFDM接收机的性能是利用空间多样性利用多个天线元素。在这篇文章中,一个移动OFDM接收机大规模集成电路包括两个pre-FFT描述自适应阵列天线组合器(AA)和post-FFT载体多样性(CD)合路器。采用大规模集成电路,几个AA和CD多样性的组合系统可以用来权衡移动ISDB-T接收机的性能与系统的成本。此外,定向天线元素可以用来减轻多普勒频移。提出AA-CD方案的性能评价仿真和验证在实验室和现场实验。

剩下的纸是组织如下。节2、多样性接收机基本面解释道。大规模集成电路芯片体系结构和电路将部分中描述3和4,分别。在部分5和6,仿真结果和测量结果包括田间试验将被显示。最后,给出了结论部分7。

2。分集接收机基础

2.1。使用定向天线

多普勒频移()给出

在哪里和分别是汽车和轻型的速度,是载波频率,到达角(AOA)的输入信号。确定最大的多普勒频移。当一辆汽车有一个屋顶上的全向天线,如图2(一个)天线接收到所有方向的射频波,这是内均匀分布。接收信号的频谱分布如图2 (b)。

图34显示了一个典型的空间分集天线配置一辆汽车。两个天线元素设置在前面两个设置在后面。然而,汽车的主体是由金属,前面两个天线元素似乎经历类似的多普勒频移,两个在后面。实验结果证实,前面的天线的方向特性显然是扭曲并集中在前进的方向,而后方天线主要汽车的后方向(2]。因此,如图4,接收到的信号从天线元素主要经历积极的随机分布在多普勒频移而后方天线元素主要经历负面的随机分布在多普勒频移。换句话说,似乎移动ISDB-T接收机的性能增强的多普勒频谱的带宽减少了利用定向天线元素。

2.2。两种类型的多样性相结合的方法

有两种方法利用多载波传输的阵列天线:pre-FFT自适应天线阵列(AA)和post-FFT载体多样性(CD)相结合。

如图5(一个),AA方案是一种传统方法采用阵列天线的阵列天线的输入组合在OFDM解调(3- - - - - -5]。由于这种方法使用一组系数等 对于每个OFDM符号,它是一个有吸引力的解决方案,由于较低的计算复杂度。然而,对于性能好,接收天线信号应该有高度的相关性。

另一方面,post-FFT方案是一种先进的方法为基于系统利用阵列天线,如图5 (b)。而不是结合OFDM解调之前,输入使用多个OFDM解调解调。副载波,因此结合使用多样性结合方法在频域(6]。因此Post-FFT方案是一种最优方法的最大化为每个OFDM副载波信噪比(信噪比)。然而,它的计算复杂性的增长大大增加随着天线数量的元素。的特点,总结了两种多样性方法表1。

3所示。芯片架构

图6显示了接收机LSI的详细框图。超高频无线信号被调谐器下转换。最多4个调谐器输出信号被送入一个大规模集成电路和由adc转换为数字信号。第一个AA阶段执行阵列天线信号处理和第二个CD阶段结合每个OFDM副载波信号的输出快速傅里叶变换(FFT) /均衡器(EQ)处理。两级多样性组合器的数量减半FFT / EQ电路从4 - 2,但保持等效移动接收性能相比4 FFT /方程式。逻辑门的数量减少了39%的使用两级架构。提高更高的移动性能,均衡器引入了两个新的电路块,样条插值器和超级降噪滤波器,将在下一节中解释。

4类型的多样性配置是可能的,如图7。天线的数量翻一番,信噪比提高了大约3分贝。对于4天线的情况,有两种可能的配置。4 aa模式是一个单芯片的解决方案,达到成本最低和适度的性能。4 cd模式是一个二芯片解决方案和更高的性能。由于天线放置在一辆车通常是前或后挡风玻璃,每个天线方向增益波动由于车身。4天线系统是紧凑的中型汽车涵盖所有信号到达角。

4所示。电路

4.1。花键时域内插程序

图8显示了新引入样条插值器。副载波信号(见左图)的FFT输出分为两部分,数据(白色圆圈)和分散飞行员(SPs,圆P)。这些SPs位于每12副载波在一个OFDM符号和SP的位置变化3副载波OFDM符号。在以前的工作7),2-tap线性插值由两个SPs执行线性插值区域。摘要新4-tap插值样条算法应用。尽管过去花键使用两个SPs的样条插值区(共4水龙头),数量3滤波器延时(参见符号的象征之前的工作是一样的。然后插值精度越高获得不增加延迟RAM大小的均衡器。

实现4-tap冷杉过滤器使用多元蓄电池。图9显示了一个逻辑视图的4-tap多元冷杉过滤器。的位置I1、I2和I3点可以计算通过改变滤波器系数的C1, C2, C3和C4。这些系数计算使用数学样条函数。4-tap样条滤波器的实际系数如表所示2。

4.2。可变带宽超级降噪滤波器

进一步减少噪音的插值SP信号,介绍了一个可变带宽复杂的带通滤波器。带宽和中心频率由delay-profile接收信号的控制。支持中心的精细控制频率和范围广泛的滤波器带宽,使用两级串行连接电路如图10。这两个阶段是相同的41-tap提出了余弦低通滤波器(LPF)。每个阶段的带通位置可以使用复杂的旋转移位电路,也就是说,在每个输入/输出复杂的乘数。通过两个阶段的结合,复数滤波器带宽和中心频率可以控制。图的上部分10显示了一个1/4带宽滤波器的例子。阴影区域是复杂的带通滤波器的带宽。

5。仿真结果

在本节中,(如图4的操作模式7上图)2 cd, 4 aa, cd,和8个aa通过计算机仿真进行了验证。评估性能,天线的方向性特征元素建模基于[8]。表3给出了系统参数。模式3 ISDB-T标准使用64 qam调制和保护间隔(GI)持续时间用于仿真。误比特率(BER)测量不纠错。表4显示了仿真参数的规范。6信号接收与不同的权力和延迟时间。因为信号2 30度是最强的,它被认为是期望信号,而别人被认为是不受欢迎的信号。杜比(D / U)所需的干扰信号功率比。信号1 0度5 dB功率低于2。

图11表演显示了误码率与信噪比和多普勒频移赫兹。误码性能改善与越来越多的天线元素。4 cd显示性能略优于4 aa。此外,误码率性能和最大信噪比的多普勒频移30 dB如图12。从2 cd的其他模式,有明显的多普勒性能改进。2 cd只使用2前面天线和其他方式使用前后天线。8 aa有4个天线和前4后天线。

6。测量结果

图13显示的是测量结果与典型城市6路瑞利衰落(TU6) 2 cd模式。多亏了新引入电路,最大的多普勒性能得到了改进从41赫兹到67赫兹(1.63倍)。1.63倍对应的移动速度的提升改进从73公里到120公里/小时,UHF35ch(605.143兆赫)。

移动接收性能测定田间试验在日本大阪严峻考验三个课程。实验UHF频道是13日播出的Ikoma山在大阪和奈良县之间。64 qam,编码速率的3/4,12-segment高清电视广播服务。这三个测试课程是一个郊区50公里Ikoma广播电台(BS), BS的山区40公里,市区20公里的一座小山的另一边BS。图14显示接收率(无错接待时间总试验时间)测试的课程。单芯片的解决方案4 aa模式显示性能接近二芯片解决方案4 cd模式。

图15显示了死显微图和模具特性总结表5。两个pre-FFT自适应天线阵列(AA)和一个post-FFT载体多样性(CD)组合器集成在90 nm ISDB-T OFDM接收机7 m1p CMOS工艺占据49米和消散310兆瓦。两级多样性组合器减少39%导致逻辑传统4 FFT /运载多样性系统方程式。总的逻辑大小和内存大小18米盖茨和18.4位,分别。这个包是一个12毫米平方144球销微细阵列。

7所示。结论

大规模集成电路集成两个pre-FFT自适应阵列(AA)和一个post-FFT载体多样性(CD)组合器和一个ISDB-T OFDM接收机在90 nm 7 m1p CMOS兼容。2/4/8-antenna多样性接收器可以配置。两个阶段的多样性方法减少逻辑电路39% 4 fft CD配置。样条插值器和超级降噪滤波器电路提高多普勒性能的1.63倍。这对应于一个73公里/小时到120 km / h增加在超高频35 ch 2 cd模式。死区是49米电力消耗是310兆瓦。大规模集成电路被成功地运用在实际的移动电视系统产品在日本ISDB-T应用程序。图16显示了一个2 cd模式移动电视接收示范使用该产品。

确认

作者感谢Takuya Koujiya田间试验的支持,和Kenichi Satou Atsushi Suyama调谐器设备的支持,和国森本晃司的模块设计。

引用

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