l 引言

       模拟电视是以残留边带调幅(Amplitude M0dulation-Vestigial Sideband，AM-VSB)方式频分复用传输的，其特点是有明确的载波频率。

       电视图像信号被调制到频率为f1的载波上，为避开图像信号的主要能量区域，又要在8 MHz带宽内，伴音信号被调制到频率约为．f1+6 MHz的载波上，而彩色副载波在f1+4 MHz处有一个跳动的峰，随着图像色饱和度的不同而变化。而数字电视是由MPEG一2传输流经信道编码对高频载波进行调幅、调相或调幅与调相相结合，形成数字电视信号，且这里的调幅是平衡调幅，抑制了载波分量。因而从频谱分析仪上看，一个数字频道的已调信号频谱，像一个被抬高的噪声平台，均匀平铺于整个带宽之内，且整个限定带宽内无峰。

       当数字电视信号和模拟电视信号在同一个频段中传输时，模拟电视信号叠加在数字信号上，使得数字电视接收机收到的信号频谱在限定带宽范围内出现3个峰(其中1个会跳动)，这种现象被称作模拟同频干扰。如不处理，会影响后续的信号处理过程(如均衡、解码)，降低接收机整体性能［1］。

       2 模拟电视信号的传输

        模拟电视图像信号一般通过调幅方式从发射塔发射出去，音频一般采用调频方式，并且视频和音频信号分别传输，因此模拟电视有图像载波、色度载波和音频载波3个主要的带内信号［2］。如图1所示，中心频率是714 MHz，水平方向上的方格间的频率间隔为l MHz。在约711．2 MHz处可看到一个明显的峰，这是模拟电视信号的图像载波；色度载波在约715．5 MHz处，是一个较小的峰；音频载波在约717．8 MHz处，峰值比图像载波略小。从718 MHz开始的频段，是一个相邻的数字电视频道的频谱。图像载波和音频载波的幅度较高(用天线接收，测得图像载波的幅度约为一53 dBm，音频载波的幅度约为一62 dBm)，若不处理，会严重影响数字电视信号的接收。另外，图像载波信号和音频载波信号，并不是单一的单频干扰，具有一定的带宽。

      3模块设计结构

       去同频干扰模块在整个数字电视接收机中的位置如图2所示。本模块选用Altera公司的Stratix系列FPGA实现。

      去同频干扰模块分为3个部分：1)检测判断模块，用于检测接收信号中是否含有同频干扰以及位置。由于同频干扰在频域上幅度很大，所以可对输入信号做傅立叶变换(FFT)，把时域信号转化到频域上分析处理。通过比较各频点幅度值的大小，找出峰值的位置和幅度，再把峰值幅度与某个门限比较，如大于门限则认为是同频干扰，否则认为是受到信道噪声影响；2)同频干扰消除模块。先根据检测模块找到的同频干扰位置搬移信号频谱，使同频干扰位于零频率处，然后用高通滤波器滤除同频干扰，最后用反向频谱搬移模块把信号的频谱搬回原来的位置；3)数字自动增益控制(AGC)。由于消除同频干扰后的信号幅度会降低，所以要用AGC控制输出信号的功率，使其稳定在参考功率值附近。

       由于同时存在图像载波干扰和音频载波干扰，所以需要2次消除过程，且第2次要在第1次反搬移之后再进行。由于FFT消耗大量硬件资源，所以检测模块一次性找出最大峰值位置(binl)和次大峰值位置(bin2)，避免对第1次消除同频干扰后的数据再进行一次FFT。但此设计需要注意以下两个问题：

      1)由于两个载波干扰都不是单频干扰，具有一定的带宽，所以在寻找次大峰时，需在最大峰的位置开窗，并在窗外寻找，否则会把紧靠在最大峰旁边的峰认为是次大峰，这样第2次消除过程不但没有消掉伴音载波干扰，还损伤了有用信号。

     2)由于信号的随机性和FFT存在着固有的计算精度误差(如本设计采用2 048点FFT［3-4］，在15 MHz采样频率下，最小的频率分辨力为7．3 kHz左右)，根据单次F丌的结果来检测会有较大误差，尤其是伴音载波位置的判决，所以本设计采用多次FFT结果的平均值来检测两个峰值的位置。

      本设计采用一阶无限长脉冲响应(IIR)滤波器作为高通滤波器，通过调节系数使带宽和带外抑止均满足要求。由于图像载波信号干扰比伴音载波信号干扰大约高8～10 dB，所以两级滤波器的带宽和带外抑止是不同的，第2级带外抑止要比第l级小。本设计中，第1级高通滤波器的参数为：ao=1，a1=63／64．，bo=1，b1=一1，对应的零点为1，极点为63／64，带宽为36．62 kHz(见图3)；第2级高通滤波器的参数为：a0=1，a1=127／128，6。=l，6．=一1，对应的零点为1，极点为127／128，带宽为18．31 k．Hz(见图4)。经过多次实验验证，这种组合效果理想。

       设计数字AGC时，最重要的是步长的变化范围。步长过大，AGC不稳定，抖动很大；步长过小，AGC收敛速度慢，不能在短时间内跟踪幅度的变化。

       图5为消除同频干扰模块内各部分的框图［5-6］。

      4 仿真结果

      仿真采用模拟电视信号与数字电视信号的混合信号。前者是天线接收到的模拟电视信号，幅度为一50 dBm；后者是数字调制器发出的数字电视信号，幅度可调。通过调节信道仿真器使数字电视信号的幅度逐渐降低，当降低到一59 dBm时，接收机可正常工作，再降低就会产生误码。当调制器使用低码率(4QAM)时，信号降低到一64 dBm，接收机仍可正常工作，再降低就会产生误码。

       通过观察逻辑分析仪采到的数据，检测出的峰值位置就是同频干扰的位置。对采样得到的混合信号数据作功能仿真，通过对比发现，对FFT结果多次平均后，更容易检测出图像载波干扰和伴音载波干扰，尤其是伴音载波干扰。而用单次FFT结果作检测时，次最大峰的位置变化比较频繁，经常出错［7］。

        通过观察数字AGC稳定时控制字变化范围和输出信号的平均功率，可判断AGC是否正常工作。控制字的方差为0．006，而输出信号的平均功率也与参考功率很接近。

       仿真的输入混合信号数据、消除1个同频干扰和消除2个同频干扰后输出数据的频谱分别如图6～8所示。可见该模块消除了2个同频干扰，同时信号的幅度没有损失。

      5 小结

       数字电视地面广播标准已颁布实施，在一段时期内，数字电视信号和模拟电视信号必然共存，而在有限的频谱资源中传输多种电视信号，频谱会变得拥挤，再加上接收滤波器的带外抑制不理想，很容易产生模拟电视对数字电视信号的同频干扰，这种干扰将直接影响数字电视接收效果，因此如何消除同频干扰成为一个必须解决的问题。本设计在Altera公司的Stratix系列FPGA上实现，总共消耗了约12 OOHD个LE，有效降低了同频干扰，硬件资源消耗不大，是一种可行的方案。