全数字FM IBOC DAB系统仿真研究与模块的ASIC前端设计

摘要

数字音频广播(DAB)作为第三代广播传输模式,具有比传统的模拟广播更突出的优点.为了达到性能更高的音质和数字业务,全数字FM IBOC DAB系统在近年来成为研究的热点. 本文首先在分析IBOC DAB系统核心技术的基础上,搭建了适用于全数字FM广播系统的带内同频道基带传输软件仿真平台,在分析比较了多种信道纠错、调制方式和信道估计的前提下,应用误比特率和主观音频质量的对应关系,并综合考虑实现复杂度和运算量,对系统性能进行了快速评定,还讨论了同步和提高仿真速度的方法.仿真结果表明,对于城市拓扑和乡村拓扑环境,采用332ms交织深度、缩减RS码和1/2码率的删余卷积码构成的串行级联卷积码、16QAM调制及1/32保护时隙的系统方案具有优良性能. 其次对FFT中关键部分的乘法器进行了优化设计,采用改进的基-4 BOOTH编码方案,设计了24×24位符号定点并行乘法器.使用FPGA进行验证,并采用特许半导体的0.35μm COMS工艺进行标准单元实现,工作在50MHz,最大延时为18.81ns,面积为13238.74门,功耗为17.51mw.在相同工艺条件下,将这种乘法器与其它方案进行比较,结果表明这种结构是有效的.以此为基础,设计了一种可扩展的低功耗流水线booth乘法器,并进行了RTL级代码覆盖率分析.它通过动态范围检测,可实现4×4位无符号数、8×8和16×16位符号定点数、32×32位浮点数4种模式的乘法操作.在特许半导体的0.35μm CMOS工艺下进行标准单元实现,工作在80MHz,这种乘法器比不可扩展流水线booth乘法器的整体功耗节省了34.8﹪. 最后对IBOC DAB系统发射部分基带电路中的扰码、RS(204,188)编码器、时间交织、删除卷积码、频率交织和16QAM映射单元的进行了设计与验证,并将它们进行了集成,利用256×256像素的Lena灰度图象作为测试数据,在Matlab验证平台上进行了验证. 结果显示,接收误码率为8.524×10<'-5>,满足系统要求；在urban fast信道模型下,加入信噪比(SNR)为18db的高斯白噪声,重构图像的峰值信噪比(PSNR)为35.32,证明系统集成模块性能优良.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文使用授权声明

1研究背景介绍

1.1数字音频广播进展及开发意义

1.2论文内容提要

2全数字FM IBOC DAB系统级仿真平台的建模及结果分析

2.1全数字FM IBOC DAB系统传输原理

2.2全数字FM IBOC DAB仿真模型的建立

2.2.1仿真平台

2.2.2仿真方法优化

2.1.3同步算法的实现

2.2.4仿真的误差及限制

2.3仿真结果与分析

2.3.1删除卷积码

2.3.2前向纠错

2.3.3保护时隙和调制模式

3应用于FFT的高速低功耗BOOTH华莱士树乘法器的设计

3.1基-4 BOOTH华莱士树乘法器的设计

3.1.1结构简介

3.1.2部分积的产生

3.1.3华莱士树的结构及原理

3.1.4最终加法器的设计

3.1.5实现与验证

3.2采用的低功耗技术

3.2.1操作数隔离和门控时钟的降低功耗技术

3.2.2 Power Compiler功耗分析及优化流程

3.3可扩展的低功耗流水线BOOTH乘法器的设计

3.3.1结构简介

3.3.2动态范围检测单元

3.3.3 8、16和24位华莱士树

3.3.4 4位脉动乘法器

3.3.5电路实现与验证

3.4覆盖率状况分析

3.4.1代码覆盖率

3.4.2功能覆盖率

3.4.3对覆盖率的误解

3.4.4代码覆盖率分析

3.4.5代码结构分析

3.5根据综合结果改进RTL级设计

3.6 RTL仿真验证中遇见的问题及解决方案总结

4 IBOC DAB发射部分基带电路的模块设计、集成与验证

4.1各子模块具体设计

4.1.1扰码模块的设计

4.1.2 RS编码器模块设计

4.1.3时间交织模块设计

4.1.4删除卷积码模块设计

3.1.5频率交织模块设计

3.1.6 16-QAM调制模块设计

4.1.7时钟发生模块设计

4.2模块集成

4.3验证

4.3.1验证系统

4.3.2验证结果

5结论

致谢

参考文献

附录

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