数字电视地面广播基带恢复系统的实现及LDPC译码算法的研究

摘要

数字电视广播是一种比模拟电视更先进的电视广播技术,我国的数字电视地面广播传输标准是我国独立研发的具有自主知识产权的一套数字电视传输标准。在经历了6年多的研究、测试、修正和实践后,于2006年8月成功发布,正式确立了我国数字电视地面广播系统的基本方式。新的标准[3]称为数字电视地面广播(Digital Television Terrestrial Broadcasting,简称DTTB),融合了单载波和多载波两种载波模式。根据Meyr的接收机模型可将接收机分为内接收机和外接收机,本文所指的基带恢复系统就是模型中的外接收机,对于两种载波模式来说,其外接收机是相同的,对两种载波系统发挥着同样重要的作用。本文的工作就主要集中在外接收机的若干关键技术点上,它们分别是:系统模式检测与自动切换、基于SDRAM的卷积交织器和LDPC编译码器。由于涉及译码则相应地必须对编码进行研究,所以本文在LDPC编码方面也略有涉及。本文提出了一种新颖的系统模式检测方法,通过提取接收到的系统信息矢量,与已知的模式信息进行相关得到相关峰值,然后经过加权统计运算得到最大概率的模式并以此作为系统模式。它能够实时跟踪发射端系统模式的切换并指示外接收机的LDPC译码器等模块在要求模式下工作,是外接收机信息处理的总指挥。这是本文的创新点之一。本文还研究了外接收机的另一关键技术卷积解交织器,卷积解交织器在LDPC译码之前,其功能是随机化突发错误,很好地辅助了LDPC解码,增强了整个接收机纠错能力,降低了接收门限。文中使用SDRAM取代SRAM作卷积交织的高速缓存器大大降低了系统成本。本设计的独特之处在于SDRAM控制器的状态机不需要使用应答握手信号,通过输入和输出数据的调序来处理定时刷新和读写操作的冲突,所设计的SDRAM控制器单独运行最高运行时钟频率超过120MHz,在系统中使用两倍系统时钟且工作稳定,这也是本文的贡献之一。本文最后研究了外接收机中的最主要的LDPC译码。LDPC码的编码器和译码器设计是本文的重点内容。在编码方面,本文根据系统所采用码的特点实现了一种适用DTTB中QC-LDPC码的三合一码率串行编码器,取得了不错的效果;译码方面,分析了几种译码算法并将其性能进行对比,建议在实际的系统中根据

目录

摘要

ABSTRACT

缩略语说明

第一章 绪论

1.1 电视技术发展简史

1.2 国外地面传输标准简介

1.2.1 欧洲DVB-T标准

1.2.2 美国ATSC标准

1.2.3 DVB-T和ATSC性能比较

1.3 本文的工作

第二章 我国数字电视地面广播标准及上海交大ADTB-T接收系统

2.1 数字电视地面广播标准的技术特点

2.1.1 调制发射系统结构

2.1.2 BCH 和LDPC级联的信道编码

2.1.3 QAM映射方式

2.1.4 符号卷积交织

2.1.5 分级的数据帧结构

2.2 ADTB-T接收系统

2.2.1 ADTB-T内接收机

2.2.2 ADTB-T外接收机

2.3 本章小结

第三章 ADTB-T外接收机中的系统模式检测的设计与实现

3.1 引言

3.2 正交码与系统信息矢量

3.2.1 正交码与沃尔什函数

3.2.2 系统信息矢量及其生成方法

3.3 算法和实现

3.3.1 模式检测的理论基础和算法

3.3.2 算法步骤描述

3.3.3 流程分析

3.3.4 实现方法

3.3.5 硬件结果

3.4 本章小结

第四章 ADTB-T外接收机中的基于SDRAM的卷积解交织器设计

4.1 几种交织器的基本原理

4.1.1 块交织器

4.1.2 随机交织器

4.1.3 卷积交织器

4.2 卷积交织与解交织的几种实现方法

4.2.1 移位寄存器法

4.2.2 RAM分区循环移位法

4.2.3 RAM整块循环移位法

4.3 SDRAM的控制逻辑及控制器的设计与实现

4.3.1 SDRAM的控制逻辑

4.3.2 SDRAM控制器的设计与实现

4.4 ADTB-T系统中的硬件实现结果

4.5 本章小结

第五章 ADTB-T系统中的LDPC编译码器的设计与实现

5.1 LDPC码的构造方法

5.2 LDPC码编码算法与编码器实现

5.2.1 RU编码算法

5.2.2 QC-LDPC的编码方法

5.2.3 ADTB-T系统中编码器的设计

5.2.4 ADTB-T系统中编码器的FPGA实现

5.3 LDPC码的译码算法

5.3.1 置信传播算法及其简化算法

5.3.2 BF算法及其改进算法

5.3.3 各种译码算法性能比较

5.4 译码器的实现

5.4.1 常用的LDPC译码器结构

5.4.2 ADTB-T中准循环译码器实现结构

5.4.3 ADTB-T中三种LDPC码率复用实现

5.4.4 ADTB-T采用三合一复用译码器的系统接收机性能结果

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

附录 测量中用到的信道模型

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文