ISDB-T调制器FPGA设计文档.docx

ISDB-T调制器FPGA设计文档设计目的及背景本文档作为一个概要设计文档，对调制器内使用FPGA实现的各个模块进行简要说明，列出各个模块的功能和主要部件。同时对调制器中的FPGA编码调制模块的功能进行说明。ISDB-T是日本无线电工商业协会（ARIB）开发的，设计目标是综合业务的室内室外固定设备、便携和移动设备广播接收。ISDB-T标准将系统工作频带分成13个等宽子频带（称为段），灵活配置各段的调制方式和参数，实现多业务组合的分层传输。ISDB-T可覆盖各种不同的服务，满足各种不同业务的需求，可同时广播视频图像、声音、文本信息、数据业务等单独或任意组合构成的一路或多路节目，也可以提供同一种数据不同质量等级的服务。总体设计设计目标整个系统需要实现的功能包括：（1）对复用帧格式的RS-TSP数据包进行信道编码；（2）调制。具体实现时首先考虑整个系统的基本功能，按照功能的不同将系统划分成若干个模块并实现其功能。系统总体结构图2.1是ISDB-T标准实现的系统框图。复用帧格式的TS长度等于OFDM帧长。复用帧中输入各个层次的包按规定的次序排列，使得接收方不需要额外的信息就可以对其按层进行解析。由复用帧构成的流经RS编码后，被分成最多三个层。每个层分别按指定的参数进行后续的信道编码和载波调制，然后这个符号按层组织成对应于OFDM子频段的数据段，分别以段为单位进行时间交织和频率交织，插入控制信息（如SP, CP, AC, TMCC等）后形成OFDM帧结构，再通过星座映射和IFFT完成OFDM调制。图2.1 系统结构框图各模块设计外层编码ISDB-T的外码编码采用RS（204,188）的前向纠错码，可以纠正多达8字节的随机字节误码。RS（204,188）编码采用查找表的方法实现。码流分层经RS编码输出的数据流根据分层控制信息以204字节为单位进行分割，如果没有定义分层，则不进行分割。同时，码流分层需要将先前为匹配速率插入的空包去除。字节转比特这个加入这个模块还需要考虑：如果加入这个模块，之后的加扰和延时调整将以比特单位进行，在延时调整之后还需要将比特转换为字节送入后续的字节交织；如果去掉这个模块，加扰和延时调整以字节为单位进行，同时延时调整之后可以直接进行字节交织。随机化使用生成多项式为1 + X14 + X15进行输入数据的随机化，把输入码流的能量扩散。用PRBS在各个层以比特为单位与同步字节以外的数据流进行模2加和移位操作。同步字节不需要加扰，并且每个OFDM帧开始时需要初始化一次。延时调整字节交织会对采用不同信道信道编码和调制方式的各层数据引入不同的延时，所以在字节交织之前需要加入延时调整模块，以补偿连同接收端去交织在内的各层数据流延时差。延时调整量取决于各层数据流中TSP的数目。字节交织字节交织深度字节，采用具有12条支路，使用FIFO移位寄存器来实现字节交织。交织和去交织导致发送和接受合计的数据延时量为（171211）字节，相当于11个TSP。图2.2 字节交织卷积编码内码采用约束长度k=7，编码率为1/2的卷积编码作为母码，其他码率（2/3, 3/4, 5/6, 7/8）通过打孔的方式实现。延时调整比特交织引入的延时调整量取决于调制方式。比特交织对于不用的调制方式，比特交织通过加入不同数量的延时单元来实现。DQPSK：串行输入数据流经串/并变换后，在相位计算的1路中加入120比特的延时，实现比特交织；QPSK：与DQPSK类似，串行输入数据流经串/并变换后，在其中1路中加入120比特的延时，实现比特交织；16QAM：串行输入数据流经串/并变换变成并行的4路比特流，其中3路分别加入40比特、80比特、120比特的延时，实现比特交织；64QAM：串行输入数据流经串/并变换变成并行的6路比特流，其中5路分别加入24比特、48比特、72比特、96比特、120比特的延时，实现比特交织。合成ISDB-T划分的13个OFDM段可以有3个传输层，每个层有各自的调制方式和内码编码率，现在需要将3个分层数据流合成一个数据流，并且将不同层次不用码率的数据转换成同一码率输出。合成的输出数据与OFDM调制后生成的OFDM分段包含的子载波相对应，所以数据的读取需要按照IFFT取样时钟进行。13个OFDM段中相同层次的数据要依次输入到相应的数据段存储器中，输出端以IFFT取样时钟依次循环读出。时间交织时间交织对13段各自的数据进行段内时间交织，各层的交织长度相互独立。交织器采用循环输入/输出方式，输入/输出按IFFT时钟依次对各数据分段逐位执行输入/输出操作，每一循环完成一个数据符号的输入输出。频率交织（段间交织）经过时间交织的数据流根据段序号按照不同的调制方式划分成部分接受、差动调试部分和相干调制部分，后两者的数据流需要按照预先约束好的规定分别进行段间交