维普资讯 http://www.cqvip.com … ……… ！ 三二＝＝） 文章编号：１００２—８６９２（２００８）０９—０００７—０２ ＤＶＢ—Ｓ２信号基于波形特征的 载波搜索研究 高毫林，黄 焱，范议及 （中国人民信息工程大学信息工程学院，河南郑州４５０００２） ．实用设计． 【摘 要】为了便于从未解调载波入手找出频谱分析方法，从系统角度对卫星ＤＶＢ信号的传送过程进行了Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真，得到了 接收端未解调解码的多载波信号频谱，并使用基于波形特征的方法对载波频率进行提取。 【关键词】卫星；数字视频广播；波形特征；载波搜索；ＤＶＢ—Ｓ２标准 【中图分类号】ＴＮ９４３；ＴＮ９１１．６ 【文献标识码】Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅａｒｃｈｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ＤＶＢ—Ｓ２ Ｓｉｇｎａｌｓ ＧＡＯ Ｈａｏ—ｌｉｎ，ＨＵＡＮＧ Ｙａｈ，ＦＡＮ Ｙｉ－ｊｉ （Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅ嚼ｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎ￣ｎｅｅｎｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００２，Ｃｈｉｎａ） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｉｎｄ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｃａｒｒｉｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ，ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ（ＤＶＢ） ｓｉｇｎａｌｓ ａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ．ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｍｕｈｉｃａｒｒｉｅｒ ｓｉｇｎａｌ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｗｉｔｈｏｕｔ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｃａｒｒｉｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｓ ｇｅｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】ｓａｔｅｌｌｉｔｅ；ＤＶＢ；ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｃａｒｒｉｅｒ ｓｅａｒｃｈ；ＤＶＢ—Ｓ２ １ 引言 传的ＤＶＢ信号可以调制在不同载波频率并发送到同一 ＤＶＢ—Ｓ信号由于自身的优势目前已经广泛使用， 个卫星转发器上。这样就形成了接收端的多载波信号。由 ＤＶＢ—Ｓ２［ Ｉ信号也在不断增多，ＤＶＢ—Ｓ２信号从信源到信 于目前的采集卡还 道都与ＤＶＢ—Ｓ差距比较大 】，为了能够有效搜索这类信 难以满足要求，笔 号，提出基于波形特征的载波搜索方法。 者对信号进行了仿 篓 而目前由于低频段已经比较拥挤，ＤＶＢ信号的载波 真。仿真得到的波 频率越来越高，从Ｌ，Ｃ波段发展到了Ｋｕ，Ｋａ波段 。高载 形如图１所示。 频高速率的信号和信号采集设备速率偏低之间的矛盾给 卫星数据的接收和分析带来了很大挑战。因此，笔者进行 了系统仿真，得到了接收端多载波信号，为验证算法提供 了数据源，实验结果达到了预期要求。 目前对载波频率、频偏、符号率、带宽等参数估计的 算法较多，但是对卫星接收的多载波信号适应性不强。由 于这里要搜索的信号在某宽频段内呈频分复用的载波， 各个载波的载波频率之间一般没有明显相关性，尤其是 对突发的载波，其频率与其他载波频率没有直接的相关 性。对这种类型信号的搜索一般采用实时扫频方法。这里 提出了一种基于波形特征的算法，它的实质是根据接收 信号的幅度谱或功率谱在波形上的升降程度判断是否有 载波，进一步确定载波的中心频率、带宽、符号率等参数。 ２ 载波搜索算法的研究与设计 ２．１算法数据源仿真 频分多址（ＦＤＭＡ）是卫星通信系统中最普遍采用的 一种多址方式。它是按频率划分，把各地球站发射的信 号配置在卫星频带内的不同频率位置上。不同地球站上 Ｎｏ．０９ Ｖｏ１．３２ ２００８（Ｓｕｍ Ｎｏ．３１９）、ＶＩＤＥＯ ＩＮ田甩№ １ 维普资讯 http://www.cqvip.com 进行初始化，也就是将结构数组第一个值赋零，其他结构 数组的值在数据指针移动过程中不断得到更新。波形趋 势的值在数组状态更新的同时也得到更新，在更新过程 中就可以共同确定全波形的特征，即各载波起讫位置，从 而可得各载波参数。 ２．３波形趋势及数组状态的定义和判定 数组状态定义为０，１，一１，２，一２，３，一３，４，４共９种，因 为每个数据组有５个数，每个数对应 一个采样点，所以有９种状态。具体对 应关系见图２。图３给出了在对数据进 行分组时，各数组状态值在不同条件 下更新的结果。 ｌ堡坚苎塑Ｉ一 图 ２ 值的含义 数组状态 ＜ 痢 痢盘 斑 图３ 数组状态值更新条件 波形趋势定义为Ａ，Ｖ，Ｐ，ｑ ４种，Ａ代表波峰，Ｖ代 表波谷，Ｐ代表上升，ｑ代表下降。在当前波形的趋势已经 确定的情况下，可以根据下一组数据的状态来判断波形 的特征。图４为波形趋势为Ｐ时的取值更新过程，图中给 出了数组状态取值不同时更新后的不同结果及其条件， 还可以从中看出，在满足条件下就可以确定载波起始位 置和结束位置，并以此计算载波带宽和中心频率。 图４波形趋势转换的１个子循环的循环体 ３ 载波搜索算法的实现与结果仿真 ３．１算法实现流程 算法的实现可以概括为数组状态的判定、波形趋势 的判定、载波的判定３个部分。三者是融合在一起的，在 数据指针移动的过程中不断得到更新，并产生波形载波 的位置，从而实现载波的搜索功能。 进行载波搜索时，首先进行数据平滑，载波搜索算法 ８ 电视投 ／＇２ｏｏ８￣３２卷第０９期（总第３１９期） 应该在平滑后的数据上进行。搜索开始前应对数据进行 分组，分组以后对数组结构变量进行初始化，然后对各组 数据进行数组变量赋值，在赋值过程中，确定各数组状态 的值，这是对数据的第一次遍历。第二次遍历时，先将波 形趋势初始化，然后根据数组状态的值对波形趋势值 进行更新。更新过程中就可以发现各个载波，每个载波结 束时记录该载波的相关信息，当数据遍历完成时，载波的 搜索也就完成了。图５是算法实现流程。 匝圃Ｌ———ｒ——＿＿Ｊ 磊 移动数据指针 由波形趋势、数组状态更新波形趋势、载波信息 载波结束时记录参数、更新载波结束位置，载波数目加ｌ ～否到数据尾部 ：＞ 西 — 图５ 基于波形特征的载波搜索流程图 ３．２算法结果仿真 验证算法时仍采用图１产生的多载波频谱的仿真数 据，由幅度谱波形可以看到不同载波的幅度不同，为了使 算法结果更加准确，对载波仿真的对数功率谱数据进行 处理，对数功率谱图如图６所示。由于功率谱数据是在 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ和Ｍａｔｌａｂ中得到的，需要采用混合编程技术将 其存储为ＶＣ可以读 取的数据文件，再对璺 该数据进行一定处 理并保存，图７为算 法输出的载波位置 值，经验证结果正 频率／ｋＨｚ 确。 图６ 多载波调制对数功率谱图 由于是对功率谱 数据进行处理，而功 率谱数据是二位数 组，数组的列数是估 计过程中的傅立叶 变换长度。图７显示 的值就是各载波相 图７ 多载波调制仿真 对于该长度的位置， 数据载波输出结果 由于全载波仿真的 最高频率已确定，进行归一化即可得各载波起讫的频率 位置。 （下转第１１页） 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｄ… …………—ｉｇｉｔａｌ￣ｉｄｅｏ ＝＝ｉ 用户请求强度在３０～１６０次／ｍｉｎ的范围变动时，单播流的 用户请求服务比例约为服务器总请求的７０％，随着用户 厘 皿 基数的扩大，用户的需求会继续加大。 而单播请求控制法则，正是根据服务器繁忙度合理 也 皿 旺 耍 １响应单播请求，在满足用户播放的情况下，尽可能地降低 单播请求的回应次数，减少Ｉ／Ｏ处理，以提高服务器性 能。 冷热因子卵 实验的相关数据表明，基于分级编码算法的媒体流 图１ 基于分级编码算法的媒体流调度策略与 调度策略比使用补丁流算法作为流媒体动态调度策略具 有更好的性能，且有效抑制了冷门节目的组播流的任意 补丁流算法的性能比较 开放，下一步是如何更好地处理单播流服务比率及进行 子卵的大小，与补丁算法进行比较。可见，基于分级编码 算法的媒体流调度策略性能优于补丁流算法性能，约提 高了７％，随着冷热因子７７不断变大，分级编码优势不断 突显。 更完善的组播流动态控制，在保证服务质量的同时，减少 资源的消耗。 致谢：向王宽诚教育基金会的资助谨致谢忱！ 参考文献 ［１］向哲，钟玉琢．流调度算法验证平台的设计与实现［ＪＪ．小型微型计算 机系统，２０００，２１（１２）：１２３７－１２３９． 基于分级编码算法的媒体流调度策略中，有两类媒 体流：组播流ＭＳ和单播流ＰＳ。两类媒体流尽管功能各 不相同，但在资源耗费上没有任何区别，在实际的调度策 略中，单播流的生命期短且总数目较多，而组播流相对来 说数目较稳定，因而系统资源的使用效率很大程度上是 由系统中用单播流满足服务数目占总服务数目的比例决 堡８０ ［２］向哲，钟玉琢，沈洪．流媒体和视频服务器［Ｍ］．北京：清华大学出版 社，２００３． ［３】ＨＵＡ Ｋ Ａ，ＣＡＩ Ｙｉｎｇ，ＳＨＥＵ Ｓ．Ｐａｔｃｈｉｎｇ：ａ ｍｕｈｉｅａｓｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｔｒｕｅ ｖｉｄｅｏ—ｏｎ—ｄｅｍａｎｄ ｓｅｒｖｉｃｅｓ【Ｃ／ＯＬ］／／Ｐｒｏｃ．ｔｈｅ ＡＣＭ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ９８， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：ＡＣＭ Ｐｒｅｓｓ，１９９８：３５—４３－『２００８－０３－Ｏｌ１．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｓｇ． ＣＳ．ｕｅｆ．ｅｄｕ／ｐａｐｅｒｓ／ｐａｔｅｈｉｎｇ／ｐａｔｃｈｉｎｇ．ｈｔｍ１． ．妻７５ 妇 定的。通过实验单播流算 法发现，对于大范围的用 曩７ｏ 篓６５ 蟪６０ ０ ４０ ８０ １２０ ｌ６ｏ ２ｏ０ 户请求强度变化，单播流 始终承担了绝大多数的节 ［４］ＡＬＭＥＲＯＴＨ Ｋ Ｃ，ＡＭＭＡＲ Ｍ Ｈ．Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｍｕｈｉｃａｓｔ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｓｃａｌａｂｌｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ ｖｉｄｅｏ—ｏｎ—ｄｅｍａｎｄ ｓｅｒｖｉｃｅ【ＪＪ．ＩＥＥＥ Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，１９９６，１４（６）：１１１０— １１２２． 请求数（次／ａｉｒｎ） 目点播请求。 从图２可以看出，当 图２单播流的请求服务比例 责任编辑：哈宏疆 收稿日期：２ｏ０８一Ｏ７一Ｏ８ （上接第８页） ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ， ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ ４ 小结 目前，卫星信号承载的业务种类的增多给信号获取 提供了较大空间［５１，尤其是ＤＶＢ—Ｓ２标准进一步扩展了卫 星ＤＶＢ信号的使用领域。但卫星信号接收的器件集成度 比较高，有的器件已完成了解调、解码等多项功能同。为 ｓｅｒｖｉｃｅｓ， ｎｅｗｓ ｇａｔｈｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｓ］． ２００６． ［２］林英姿，梁坚，徐元欣，等．第二代数字电视卫星传播标准ＤＶＢ—Ｓ２ 概述【Ｊ】．电视技术，２００４（９）：８５－８６． ［３］贺玉才．ＤＶＢ－Ｓ中的信道编码技术［Ｊ］．中国有线电视，２００３（１４）： ２３－２５． 了满足从未解调载波入手进行信号分析的要求，对 ＤＶＢ—Ｓ２信号进行了系统仿真，得到了信号功率谱波形， 并对功率谱波形的仿真数据运用基于波形特征的算法进 行了载波提取，准确得到了载波频率的参数，为信号获取 提供了所需要的参数。这样，就可能从原始载波人手进行 卫星信号的自动搜索及获取，进而构建自动完成信号搜 【４】刘凯，刘卫忠，冯卓明．基于Ｋａ波段ＤＶＢ—Ｓ２卫星直播系统浅析 ［Ｊ］．电视技术，２００６（９）：７１－７３． ［５］李江华，史焱，张更新，等．卫星数字电视直播的发展现状及思考［ＪＪ． 电视技术，２００５（１）：１１－１３． ［６］李琳，黄焱．新型ＤＶＢ－￥２解调芯片研究ｆＪ］．电视技术，２００６（１２）： ７４—７６． 作者简介： 索及信息获取工作的系统。 参考文献 ［１］ＥＴＳＩ ＥＮ ３０２ ３０７ Ｖ１．１．２，Ｓｅｃｏｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｒａｍｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， 高毫林（１９７９－），硕士生，主研卫星ＤＶＢ信号的接收与处理； 黄焱（１９６４－）。副教授。研究方向为通信信号接收与处理等； 范议及《１９７９一）。工程师。研究方向为电子与无线电通信设备。 责任编辑：哈宏疆 收稿日期：２００８—０６—１８ Ｎｏ．０９ Ｖｏ１．３２ ２００８（Ｓｕｍ Ｎｏ．３１ ９）、ⅥＤＥｏ聃舢重珊№ １１
