數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)發(fā)端fpga 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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1、數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)發(fā)端FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)【關(guān)鍵詞】數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)FPGA在技術(shù)的推動(dòng)下，當(dāng)前電視逐漸充財(cái)社電視向數(shù)字化和高清晰度方向麥基。與傳統(tǒng)模擬電視相比，數(shù)字電視的信號(hào)處理、傳輸及傳播都發(fā)生巨大變革，數(shù)字電視的圖像和聲音質(zhì)量都會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)模擬電視。經(jīng)過研發(fā)人員的堅(jiān)持不懈，我國的數(shù)字電視地面廣播（DTTB）也取得巨大進(jìn)展，政府于2006年頒布了數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)發(fā)端從TS碼流到信號(hào)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)碼流經(jīng)過了一系列處理后形成基本數(shù)據(jù)塊，再經(jīng)幀

2、體數(shù)據(jù)處理后形成信號(hào)幀，信號(hào)幀經(jīng)基帶后處理、變頻處理生成射頻信號(hào)，最后放大信號(hào)后發(fā)射。1FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案本研究設(shè)計(jì)的數(shù)字地面電視廣播傳輸系統(tǒng)中，發(fā)端FPGA是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各個(gè)模塊功能的基礎(chǔ)，如FPGA芯片負(fù)責(zé)數(shù)字基帶、專用器件負(fù)責(zé)完成數(shù)字變頻和D/A轉(zhuǎn)換。該設(shè)計(jì)方式優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單靈活，方便調(diào)試系統(tǒng)，發(fā)端FPGA設(shè)計(jì)方案詳見圖1。發(fā)端FPGA外部包含一個(gè)時(shí)鐘控制單元，通過鎖相環(huán)生成各個(gè)模塊的工作時(shí)鐘，總控制單元負(fù)責(zé)各模塊啟動(dòng)和數(shù)據(jù)傳輸工作中。2信道編碼及星座映射的FPGA設(shè)計(jì)信道編碼及星座映射包含隨機(jī)化

3、、前向糾錯(cuò)編碼以及復(fù)用三個(gè)內(nèi)容。2.1隨機(jī)化是指輸入的數(shù)據(jù)馬六和比特碼流分經(jīng)過結(jié)構(gòu)變化及逐位模二加后生成數(shù)據(jù)擾亂碼，本方案通過移位寄存器生成隨機(jī)序列，序列多項(xiàng)式定義為G（x）=1+x14+x15。首先，通過信號(hào)幀開始信號(hào)生成移位寄存器的初始化信號(hào)，使寄存器開處于初始化狀態(tài)，時(shí)鐘同步循環(huán)，并生成為偽隨機(jī)序列，根據(jù)位與輸入數(shù)據(jù)流模二方式開始計(jì)算，達(dá)到隨機(jī)輸入數(shù)據(jù)的效果。2.2前向糾錯(cuò)編碼通過外碼和內(nèi)碼協(xié)同實(shí)現(xiàn)，計(jì)數(shù)器通過對(duì)移位寄存器的循環(huán)及復(fù)位進(jìn)行控制，以生成合適碼長。根據(jù)生成矩的特點(diǎn)，內(nèi)碼編碼首先文/張富結(jié)合

4、國家標(biāo)準(zhǔn)GB-20600-2006相關(guān)要求，對(duì)數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)發(fā)端結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，提出發(fā)端FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，重點(diǎn)對(duì)數(shù)字邏輯部分的FPGA設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，包括信道編碼及星座映射、信道調(diào)制、信號(hào)數(shù)據(jù)幀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。摘要將循環(huán)矩陣行信息存儲(chǔ)至移位寄存器內(nèi)，再和輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行同步循環(huán)移位。單個(gè)時(shí)鐘內(nèi)，只能完成一位輸入數(shù)據(jù)與相對(duì)應(yīng)相乘運(yùn)算。獲得運(yùn)算結(jié)構(gòu)后，依據(jù)位異或并方式，將結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的寄存器內(nèi)，從而并行處理輸入數(shù)據(jù)與循環(huán)矩各列的運(yùn)算及結(jié)果相加。并行使用以上結(jié)構(gòu)可通過控制循環(huán)矩行信息重新復(fù)位，可到的內(nèi)碼的校驗(yàn)位

5、，再輸入信息位復(fù)用，即可獲得完整的內(nèi)碼碼字。2.3星座映射與交織星座映射采用ROM查找方式處理，首先將星座映射后形成的星座符號(hào)擴(kuò)展為碼字，按照一定迅速存儲(chǔ)至ROM，映射方式控制信號(hào)控對(duì)輸入碼流進(jìn)行控制，并將輸入碼流分解為寬度合適的碼字，映射方式控制信號(hào)同時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理，將輸入碼流生成ROM地址。系統(tǒng)根據(jù)地址讀取ROM信息和輸出符號(hào)位[]。交織的時(shí)域符號(hào)在多個(gè)信號(hào)幀基本數(shù)據(jù)塊之間完成，編碼方式選用卷積交織變法方式，該方式以星座符號(hào)為基礎(chǔ)。時(shí)域交織工作模式分為兩種，但是兩種工作模式的結(jié)構(gòu)相同，僅M取值存在差異。

6、當(dāng)M-2，所需存儲(chǔ)器資源更多，使用移位寄存器會(huì)增大硬件消耗，因而本研究采用外部SDRANM完成，歐諾個(gè)古控制模式生成存儲(chǔ)讀取地址后，控制器進(jìn)行讀寫操作，從而完成時(shí)域交織。3信道調(diào)制設(shè)計(jì)信道調(diào)制設(shè)計(jì)包括頻域交織、OFDM調(diào)制以及兩個(gè)部分，系統(tǒng)信息為6bits擴(kuò)頻前的系統(tǒng)信息，通過ROM地址查找將其擴(kuò)展為32bits，復(fù)用4bits真幀體模式符號(hào)產(chǎn)生36位系統(tǒng)信息復(fù)數(shù)符號(hào)。在單載波模式中，無需任何處理，可直接生成是時(shí)域信號(hào)幀。而在多載波模式中們需要在頻域交織后，通過OFDM調(diào)制生成時(shí)域信號(hào)幀。3.1頻域交織頻域

7、交織是服用后3780點(diǎn)交織，本系統(tǒng)采用雙口RAM存儲(chǔ)方式對(duì)進(jìn)行處理，初始階段，將交織輸出符號(hào)序號(hào)存入ROM，再按照一定順序?qū)?shù)據(jù)存入RAM，并依據(jù)存儲(chǔ)序列地址作為RAM讀取順序，從而完成頻域交織。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了的兩塊相同的RAM，輸入信號(hào)和輸出數(shù)據(jù)均有控制信號(hào)交替存儲(chǔ)完成，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理輸入信號(hào)。3.2OFDM調(diào)制本方案的OFDM調(diào)制模塊通過3780點(diǎn)IFFT實(shí)現(xiàn)，由于3780并非2的冪次方，因而采用基于存儲(chǔ)器的3780點(diǎn)FFT實(shí)現(xiàn)，而非傳統(tǒng)基2或基4。3780點(diǎn)DFT分別經(jīng)過60次63點(diǎn)DFT、乘以旋轉(zhuǎn)因

8、子矩陣以及進(jìn)行63次60點(diǎn)DFT實(shí)現(xiàn)。60點(diǎn)和63點(diǎn)DFT的均采用ARGIN:0cm0cm0pt;mso-layout-grid-align:none"class=MsoNormalalign=left>因子矩陣獲得整個(gè)3780點(diǎn)FFT。4信號(hào)數(shù)據(jù)幀實(shí)現(xiàn)信號(hào)幀包括幀頭及幀體，我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提出了3種幀頭模式，不同幀頭模式的長度不同，但是每種幀頭模式的生成方式具有相似之處。幀頭產(chǎn)生結(jié)構(gòu)為偽隨機(jī)二進(jìn)制序列，再利用移位寄