数字电视地面多媒体广播DTMB（Digital Television Terrestrial Broadcasting）标准是我国广播领域中唯一的强制性标准，适用于固定和移动两种数字电视接收模式[1]。DTMB采用单载波和多载波两种调制方式，多载波调制方式使用TDS-OFDM(Time Domain Synchronous Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术，与传统OFDM技术相比采用不同的保护间隔填充方式。即采用帧头充当保护间隔，提高了系统的传输效率和频谱利用率[2]。TDS-OFDM系统的同步完全在时域上进行。

本文针对DTMB系统设计并实现了帧同步，同时纠正了载波频偏的影响，进而确定正确的帧头模式和生成相位序号。通过延迟相关和本地相关联合同步算法准确地跟踪帧头位置。
1 帧结构
DTMB系统帧结构的基本单元是信号帧。信号帧由帧头和帧体两部分组成，如图1所示。帧头包括前同步、PN序列和后同步三部分。为了适应不同应用条件，DTMB协议规定了三种帧头模式及相应的信号帧结构，三种帧头模式中，帧头分别是420个符号、595个符号和945个符号。以帧头模式为420个符号的PN420为例，其帧头序列由一个8阶循环移位寄存器（LFSR）产生，LFSR的初始相位决定了生成序列的相位。为了使帧头序列的相关性尽量小，PN420模式下共有225种不同的相位,在帧同步的同时还需要确定帧头的模式并跟踪生成序列的相位。

2 同步方案
为了在多径和频偏条件下得到精确的同步，本文提出采用延迟相关和本地互相关联合同步的算法。图2是本文同步和载波频偏估计的设计框图。首先通过延迟相关判断出帧头模式并得到帧头起始位置的范围。由于本地互相关极易受到载波频偏的影响，因此需要进行载波频偏估计和恢复后再通过本地互相关找到精确的同步位置。根据前后帧峰值间隔判断出当前帧头的生成序列相位号，从而调整本地生成序列的初始相位跟踪接收信号的变化。



4 实现
4.1 PN序列生成

DTMB有三种帧头模式，因此PN序列生成模块需要生成三种帧头模式下所有相位的PN序列，一共能够生成426种PN序列。生成序列的初始相位存储在ROM中，根据输入使能由三种不同的线性反馈移位寄存器生成不同的序列，如图 6所示。相位初始值默认为PN420中序号为0的初始相位，PN序列生成后输出给本地相关。
4.2 相关运算
延迟相关和本地相关可以共享存储器、加法器和乘法器。在本地相关运算中先将数据存储在RAM中，共需要4块8 192和1块4 096深度、字长是26的双端口RAM。然后从RAM中取出数据与本地PN序列相乘，再进行加法运算。为了节约运算时间，采用加运算并行执行的结构，最终输出累加结果xcross_result，如图7所示。
4.3 同步与FFT
图8中同步成功信号search_successs输出，根据帧头数据位置计算出FFT起始位置，根据对应的地址生成单元从RAM中找出数据的起始地址，将起始地址后面的3 780点数据输入FFT模块。

本文设计并实现了DTMB系统的帧同步算法，通过延迟同步和本地互相关同步联合算法确定精确的同步位置并进行载波频偏纠正。仿真表明，延迟相关和本地互相关联合同步算法能够精确地找到帧头起始位置并准确跟踪帧头的相位信息。
参考文献
[1] GB 20600-2006.数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制[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.