數字電視地面多媒體廣播DTMB（Digital Television Terrestrial Broadcasting）標準是我國廣播領域中唯一的強制性標準，適用于固定和移動兩種數字電視接收模式[1]。DTMB采用單載波和多載波兩種調制方式，多載波調制方式使用TDS-OFDM(Time Domain Synchronous Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術，與傳統OFDM技術相比采用不同的保護間隔填充方式。即采用幀頭充當保護間隔，提高了系統的傳輸效率和頻譜利用率[2]。TDS-OFDM系統的同步完全在時域上進行。

    本文針對DTMB系統設計并實現了幀同步，同時糾正了載波頻偏的影響，進而確定正確的幀頭模式和生成相位序號。通過延遲相關和本地相關聯合同步算法準確地跟蹤幀頭位置。
1 幀結構
    DTMB系統幀結構的基本單元是信號幀。信號幀由幀頭和幀體兩部分組成，如圖1所示。幀頭包括前同步、PN序列和后同步三部分。為了適應不同應用條件，DTMB協議規定了三種幀頭模式及相應的信號幀結構，三種幀頭模式中，幀頭分別是420個符號、595個符號和945個符號。以幀頭模式為420個符號的PN420為例，其幀頭序列由一個8階循環移位寄存器（LFSR）產生，LFSR的初始相位決定了生成序列的相位。為了使幀頭序列的相關性盡量小，PN420模式下共有225種不同的相位,在幀同步的同時還需要確定幀頭的模式并跟蹤生成序列的相位。

2 同步方案
    為了在多徑和頻偏條件下得到精確的同步，本文提出采用延遲相關和本地互相關聯合同步的算法。圖2是本文同步和載波頻偏估計的設計框圖。首先通過延遲相關判斷出幀頭模式并得到幀頭起始位置的范圍。由于本地互相關極易受到載波頻偏的影響，因此需要進行載波頻偏估計和恢復后再通過本地互相關找到精確的同步位置。根據前后幀峰值間隔判斷出當前幀頭的生成序列相位號，從而調整本地生成序列的初始相位跟蹤接收信號的變化。



4 實現
4.1 PN序列生成

    DTMB有三種幀頭模式，因此PN序列生成模塊需要生成三種幀頭模式下所有相位的PN序列，一共能夠生成426種PN序列。生成序列的初始相位存儲在ROM中，根據輸入使能由三種不同的線性反饋移位寄存器生成不同的序列，如圖 6所示。相位初始值默認為PN420中序號為0的初始相位，PN序列生成后輸出給本地相關。
4.2 相關運算
    延遲相關和本地相關可以共享存儲器、加法器和乘法器。在本地相關運算中先將數據存儲在RAM中，共需要4塊8 192和1塊4 096深度、字長是26的雙端口RAM。然后從RAM中取出數據與本地PN序列相乘，再進行加法運算。為了節約運算時間，采用加運算并行執行的結構，最終輸出累加結果xcross_result，如圖7所示。
4.3 同步與FFT
    圖8中同步成功信號search_successs輸出，根據幀頭數據位置計算出FFT起始位置，根據對應的地址生成單元從RAM中找出數據的起始地址，將起始地址后面的3 780點數據輸入FFT模塊。

    本文設計并實現了DTMB系統的幀同步算法，通過延遲同步和本地互相關同步聯合算法確定精確的同步位置并進行載波頻偏糾正。仿真表明，延遲相關和本地互相關聯合同步算法能夠精確地找到幀頭起始位置并準確跟蹤幀頭的相位信息。
參考文獻
[1] GB 20600-2006.數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制[S].2006.
[2] YANG Z，YANG L，GONG K，et al.Technical review on Chinese digital terrestrial television broadcasting standard and measurements on some working modes[J].IEEE Transactions on Broadcasting，2007，53(1)：1-7.
[3] Wang Chinliang.A new synchronization scheme for OFDM systems[C].IEEE Vehicular Technology Conference，2004，2:1100-1104.
[4] SCHMIDL T M，COX D C.Robust frequency and timing synchronization for OFDM[J].IEEE Transactions on Communications，1997，5(12)：1613-1621.