DTMB单频网适配器设计

DTMB单频网适配器设计

论文摘要

地面国家数字电视广播标准(DTMB,也称为DMB-TH),它融合了清华提出的基于多载波DMB-T方案和上海交大提出的基于单载波ADTB-T方案。单频网(Single Frequency Network,SFN)组网规定:单频网发射台要同时在同一个频段上发射相同的无线信号,即各个发射机广播的信号要求频率同步,时间同步和码元同步。在组建单频网时,各发射台之间的同步工作是确保单频网正确、有效运行的一个重要问题,而确保单频网同步的产品就是与其相应标准的适配器。本文设计的DTMB单频网适配器,由全球定位系统(Global PositioningSystem,GPS)接收机提供精确的秒脉冲(Pulse Per Second,PPS)信号和10MHz同步码率适配时钟,在节目源所在地每秒向MPEG-2传输流(TransportStream,TS)中插入一个秒帧初始化包(Second Frame Initialization Packet,SIP),插入时刻与GPS接收机提供的1PPS脉冲信号上升沿对齐,在其它位置,DTMB单频网适配器从前端缓冲区(FIFO)内读取数据码流,如果数据不足设定的TS包个数时,则自动插入单频网适配空包完成TS流的码率适配。DTMB单频网适配器输出的TS流码率和单频网适配器规定的发射机工作模式要求的净载荷速率完全相同,并且锁定在来自GPS接收机的10MHz参考时钟上。本文在对DTMB单频网适配器技术要求进行详细分析的基础上,采用了基于FPGA和单片机构建的DTMB单频网适配器设计方案,并将其划分为两个重要组成模块:按键板和主板两部分。其中,按键板上的单片机产生单频网适配器SIP包中的各种参数信息,主板上的FPGA器件完成整个系统的SIP包插入、码率适配和节目时钟参考(Program Clock Reference,PCR)校正等核心功能。文章详细介绍了DTMB单频网适配器的一整套设计方案,并对研制出的实物样机进行了调试验证,对其结果进行分析,验证了本设计基本达到了相应的技术指标。最后本文扩展性的论证了GPS接收机失锁情况下,对本文所设计的单频网适配器时间同步所产生的影响。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 数字电视扩大覆盖范围的途径
  • 1.1.1 差转方式
  • 1.1.2 同频转发方式
  • 1.1.3 单频网组网方式
  • 1.2 单频网适配器的现状与研究意义
  • 1.2.1 单频网适配器的现状
  • 1.2.2 单频网适配器的研究意义
  • 1.3 全文章节安排
  • 第2章 DTMB单频网同步原理与系统结构
  • 2.1 DTMB单频网同步原理
  • 2.1.1 比特同步
  • 2.1.2 频率同步
  • 2.1.3 时间同步
  • 2.2 DTMB单频网适配器时间同步原理
  • 2.2.1 秒帧(SF)的定义
  • 2.2.2 秒帧初始化包(SIP)与时间同步原理
  • 2.3 DTMB单频网系统结构
  • 第3章 DTMB单频网适配器技术要求与设计方案
  • 3.1 DTMB单频网适配器技术要求
  • 3.2 DTMB单频网适配器设计方案
  • 第4章 按键板设计
  • 4.1 按键板硬件电路
  • 4.1.1 单片机配置电路
  • 4.1.2 全局复位电路
  • 4.1.3 SIP参数存取电路
  • 4.1.4 其它接口电路
  • 4.1.5 按键板PCB板图
  • 4.2 单片机程序设计
  • 4.2.1 秒帧初始化包(SIP)的定义
  • 4.2.2 单片机程序流程
  • 第5章 主板设计
  • 5.1 主板硬件电路
  • 5.1.1 CY78933芯片配置
  • 5.1.2 CY78923芯片配置
  • 5.1.3 FPGA芯片配置
  • 5.1.4 接口适配
  • 5.1.5 主板PCB板图与实物照片
  • 5.2 FPGA程序设计
  • 5.2.1 FPGA程序设计流程
  • 5.2.2 FPGA适配模块
  • 5.2.3 TS包写入控制模块
  • 5.2.4 码率适配
  • 5.2.5 SIP包生成模块
  • 5.2.6 三个异步FIFO
  • 5.2.7 PCR计数器模块
  • 5.2.8 TS包读出控制模块
  • 5.2.9 报警模块
  • 5.2.10 PCR处理
  • 5.2.11 FPGA综合报告
  • 第6章 整机结构
  • 6.1 DTMB单频网适配器正面结构
  • 6.2 DTMB单频网适配器背面结构
  • 6.3 DTMB单频网适配器内部结构
  • 6.4 DTMB单频网适配器整机实物照片
  • 第7章 调试、分析与测量
  • 7.1 DTMB单频网适配器调试
  • 7.1.1 调试仪器
  • 7.1.2 调试步骤
  • 7.2 DTMB单频网适配器TS流抖动分析
  • 7.3 GPS接收机失锁对单频网适配器时间同步的影响
  • 7.4 DTMB单频网适配器功能测量
  • 全文总结与改进建议
  • 全文总结
  • 改进建议
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录1 按键板原理图
  • 附录2 主板原理图
  • 附录3 按键板元器件清单
  • 附录4 主板元器件清单
  • 附录5 FPGA程序设计RTL级电路图
  • 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
  • 相关论文文献

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