基于DVB-C2标准的信道编码设计与FPGA实现

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随着数字电视技术、微电子技术和信号处理技术的发展,以及有线电视用户业务需求的不断提高,DVB项目组于2009年4月提出了第二代有线数字电视广播标准(DVB-C2)。与DVB-C相比,该标准不仅支持多种输入流和可变的编码调制、自适应编码调制,还能够在有限的复杂程度下拥有更好的性能,以及更大的传输能力和灵活性。如此强大的性能是与先进的信道编码技术分不开的。DVB-C2标准采用BCH+LDPC级联码作为前向纠错码,比特交织由校验位交织和列旋转交织两部分组成。LDPC码是一种性能接近理论极限并适合高速通信系统的纠错编码,且编解码简单。与BCH码级联性能更优异。广泛应用于移动通信、卫星通信、有线通信等领域。本课题以Xilinx公司的Virtex-5系列FPGA为平台,目的是使用ISE和Modelsim设计仿真工具,完成符合DVB-C2标准的通用信道编码器的设计和实现。通过研究实际应用项目和DVB-C2标准,完成了信道编码整体结构的划分、VerilogHDL代码的编写以及仿真验证全部工作。本文首先对DVB-C2标准的发送端系统结构及各模块的工作原理进行了介绍。在学习纠错编码和交织技术基本理论的基础上,重点分析了DVB-C2标准中的信道编码技术,提出了通用信道编码器的设计和实现方案,并给出了部分参数下各模块的仿真结果。本文提出了采用插空包技术来实现BCH编码的数据速率调整;并通过动态重配置PLL和异步FIFO相结合的方式,完成了LDPC编码数据速率的调整。PLL的动态重配置功能使得动态重配置信道编码参数成为了可能,真正实现了信道编码器的通用性。通过分析DVB-C2标准中LDPC编码参数特性,提出了一种符合该标准的LDPC编码实现方案。该方案仅用一个FIFO.13个RAM和ROM以及适当的逻辑电路就完成了LDPC编码,与采用乒乓操作的实现方案相比,节省了近一半的资源。而且根据不同的编码参数,可适当地屏蔽某些RAM,有效降低系统的动态功耗。为保证数据的连续性,LDPC编码和比特交织模块分别采用了流水线处理技术和乒乓操作。最终用Xilinx公司的xc5vsx50t芯片实现了DVB-C2标准中两种码长、4种BCH编码、11种LDPC码率和6种调制方式的通用信道编码器。综合后,时钟频率可达127.374 MHz,满足DVB-C2标准的要求。
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