有线数字电视广播系统信道编码与多频点调制的FPGA实现

论文摘要

随着数字电视全国范围开播时间表的临近,数字电视技术得到很大发展,数字电视信号在信源基带数据和信道传输等方面已经进一步标准化,数字电视传播途径也越来越广,在卫星、地面及有线电视网中传输数字电视信号得到迅速发展。借着2008年奥运的东风,数字电视领域的应用研究方兴未艾。本课题目的是完成有线数字电视广播系统的重要设备——调制器的设计和实现,核心器件选用FPGA芯片。系统硬件实现以国家标准GY/T 170-2001（有线数字电视广播信道编码与调制规范）为主要依据,以Xilinx公司的Virtex系列（Virtex 4,Virtex 5）芯片及相关开发板（ML402、ML506）为平台,主要任务是基于相关标准对其实用技术进行研究和开发。完成了信道编码和调制的模块划分、Verilog HLD程序的编写（或IP核的调用）和仿真以及在板调试和联调等工作,设计目的是在提高整个系统集成度的前提下实现多频点调制。本文在研究现有数字电视网络技术和相关产品的基础上,以国标GY/T170-2001为主要依据并参阅了其他的相关标准,提出了多频点QAM调制器的实现方案。整个工作包括:模块划分,完成了基带物理接口（输入）、包头反转与随机化、RS编码、卷积交织、码流变换、差分编码、星座映射、基带成型（包括Nyquist滤波器、半带滤波器、CIC滤波器的设计或模块调用）、高端DAC的配置（输出）等模块的Verilog HLD程序的编写（或者IP核调用）和仿真等工作;成功进行了开发板板级调试,调试的过程中充分利用Xilinx公司的开发板和调试软件ChipScope,成功设计了验证方案并进行了模块验证;最后进行了各模块联调工作,设计了系统验证方案并成功完成对整个系统的验证工作。经测试表明,该系统主要性能达到国家相关标准GY/T 198-2003（有线数字电视广播QAM调制器技术要求和测量方法）规定的技术指标,可以进入样机试生产环节。

论文目录

• 目录
• CONTENTS
• 摘要
• Abstract
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 数字电视技术的优势
• 1.2 中国有线数字电视发展现状
• 1.3 课题研究背景、意义
• 1.4 系统原理构架
• 第二章 ASI接口原理与FPGA实现方案
• 2.1 基带物理接口的选择
• 2.2 ASI协议结构
• 2.2.1 第0层:物理需求
• 2.2.2 第1层:数据编码
• 2.2.3 第2层:传送协议
• 2.3 ASI与SPI接口转换的原理
• 2.4 ASI接收节点的FPGA实现方案
• 2.4.1 数据恢复的原理与实现方案
• 2.4.2 字节边界对齐及串并转换
• 2.4.3 同步字删除与SPI同步时钟信号的产生
• 2.4.4 8B/10B解码
• 2.4.5 产生PSYNC与DVALID信号
• 2.4.6 FIFO
• 2.5 本章小结
• 第三章 信道编码的原理与FPGA实现方案
• 3.1 同步反转与随机化
• 3.1.1 同步反转与随机化的原理
• 3.1.2 同步反转与随机化的实现方案
• 3.2 RS编码
• 3.2.1 RS编码的基本概念
• 3.2.2 RS码的构成
• 3.2.3 码生成多项式
• 3.2.4 RS编码的FPGA实现方案
• 3.3 卷积交织
• 3.4 字节到符号的映射
• 3.4.1 字节到m位变换（码流变换）
• 3.4.2 FIFO的使用
• 3.4.3 差分编码
• 3.5 本章小结
• 第四章 调制
• 4.1 基带成型
• 4.1.1 基带成型理论
• 4.1.2 基带成型方案
• 4.1.3 基带成型FPGA实现
• 4.2 星座映射
• 4.3 本章小结
• 第五章 输出
• 5.1 DAC的选择
• 5.2 MAX5891
• 5.2.1 MAX5891性能简介
• 5.2.2 MAX5891配置
• 5.3 AD9736
• 5.3.1 AD9736性能简介
• 5.3.2 AD9736的配置
• 5.4 本章小结
• 第六章 仿真与调试
• 6.1 开发验证工具ChipScope
• 6.1.1 ChipScope的优势
• 6.1.2 ChipScope的局限
• 6.1.3 ChipScope的使用步骤
• 6.2 ChipScope+Matlab+Excel方案
• 6.3 各模块仿真结果与方案验证
• 6.3.1 基带物理接口
• 6.3.2 信道编码
• 6.3.3 调制
• 6.3.4 输出
• 6.4 系统整体调试
• 6.4.1 方案
• 6.4.2 调试结果
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 附录一 随机化的Matlab验证程序
• 附录二 RS编码的Matlab验证程序
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表