基于DVB-C2标准的信道编码设计与FPGA实现

摘要

随着数字电视技术、微电子技术和信号处理技术的发展，以及有线电视用户业务需求的不断提高，DVB项目组于2009年4月提出了第二代有线数字电视广播标准(DVB-C2)。与DVB-C相比，该标准不仅支持多种输入流和可变的编码调制、自适应编码调制，还能够在有限的复杂程度下拥有更好的性能，以及更大的传输能力和灵活性。如此强大的性能是与先进的信道编码技术分不开的。
　　 DVB-C2标准采用BCH+LDPC级联码作为前向纠错码，比特交织由校验位交织和列旋转交织两部分组成。LDPC码是一种性能接近理论极限并适合高速通信系统的纠错编码，且编解码简单。与BCH码级联性能更优异。广泛应用于移动通信、卫星通信、有线通信等领域。
　　 本课题以Xilinx公司的Virtex-5系列FPGA为平台，目的是使用ISE和Modelsim设计仿真工具，完成符合DVB-C2标准的通用信道编码器的设计和实现。通过研究实际应用项目和DVB-C2标准，完成了信道编码整体结构的划分、VerilogHDL代码的编写以及仿真验证全部工作。
　　 本文首先对DVB-C2标准的发送端系统结构及各模块的工作原理进行了介绍。在学习纠错编码和交织技术基本理论的基础上，重点分析了DVB-C2标准中的信道编码技术，提出了通用信道编码器的设计和实现方案，并给出了部分参数下各模块的仿真结果。
　　 本文提出了采用插空包技术来实现BCH编码的数据速率调整；并通过动态重配置PLL和异步FIFO相结合的方式，完成了LDPC编码数据速率的调整。PLL的动态重配置功能使得动态重配置信道编码参数成为了可能，真正实现了信道编码器的通用性。通过分析DVB-C2标准中LDPC编码参数特性，提出了一种符合该标准的LDPC编码实现方案。该方案仅用一个FIFO、13个RAM和ROM以及适当的逻辑电路就完成了LDPC编码，与采用乒乓操作的实现方案相比，节省了近一半的资源。而且根据不同的编码参数，可适当地屏蔽某些RAM，有效降低系统的动态功耗。为保证数据的连续性，LDPC编码和比特交织模块分别采用了流水线处理技术和乒乓操作。
　　 最终用Xilinx公司的xc5vsx50t芯片实现了DVB-C2标准中两种码长、4种BCH编码、11种LDPC码率和6种调制方式的通用信道编码器。综合后，时钟频率可达127.374MHz，满足DVB-C2标准的要求。

目录

文摘

英文文摘

CONTENTS

符号说明

第一章 绪论

1.1 数字电视技术的优点

1.2 国内外数字电视标准发展现状

1.2.1 欧洲DVB标准

1.2.2 我国的数字电视标准

1.3 课题研究背景、意义

1.4 论文工作与结构

第二章 DVB-C2标准概述

2.1 DVB-C2标准的优势

2.2 DVB-C2发送端系统结构

2.2.1 输入模式和流匹配

2.2.2 信道编码和调制

2.2.3 数据切片生成

2.2.4 时域交织和频域交织

2.2.5 传输信令前向纠错和调制

2.2.6 信令的时域交织和频域交织

2.2.7 0FDM帧生成

2.3 本章小结

第三章 纠错编码和交织技术理论基础

3.1 纠错编码基本理论

3.1.1 纠错编码代数基础

3.1.2 线性分组码

3.1.3 循环码

3.1.4 BCH码

3.1.5 LDPC码

3.1.6 IRA码

3.2 交织技术基本理论

3.2.1 块交织

3.2.2 卷积交织

3.3 DVB-C2中的纠错编码和交织

3.3.1 DVB-C2中的BCH码

3.3.2 DVB-C2中的LDPC码

3.3.3 DVB-C2中的比特交织

3.4 本章小结

第四章 DVB-C2信道编码的设计

4.1 顶层结构分析

4.2 参数配置模块设计

4.3 时钟分配模块设计

4.4 BCD编码器设计

4.4.1 BCH编码算法研究

4.4.2 BCH编码电路设计

4.4.3 通用BCH编码电路设计

4.4.4 DVB-C2中BCH编码器设计

4.5 LDPC编码器设计

4.6 比特交织器设计

4.6.1 校验位交织模块设计

4.6.2 列旋转交织模块设计

4.7 本章小结

第五章 DVB-C2信道编码的FPGA实现

5.1 性能分析

5.1.1 资源占用情况

5.1.2 综合后速度

5.2 各模块的功能仿真与验证

5.2.1 参数配置模块

5.2.2 时钟分配模块

5.2.3 BCH编码模块

5.2.4 LDPC编码模块

5.2.5 比特交织模块

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间取得的成果

学位论文评阅及答辩情况表