（通信与信息系统专业论文）dvbc中载波同步的算法研究及其芯片实现.pdf

辩漫天学疆圭学醢论文 摘要 ys 8 羔5 2 s 数字高清晰度电视( d i g i t a lh d t v ) 是当今世界上最先进的图象压缩编码技术 和数字传输技术的结合，是当今世界高技术竞争的焦点之一。数字视频广播 ( d v b ) 麓欧溯1 7 0 多令缎缓共同开发出敢数字舞清鳜度电援椿准，它主要盎卫 星广播( d v b s ) 、璁瓣广播( d v b t ) 和有线电视( d v b ) 三部分组成。 本文探讨了数字视频广播有线电视( d v b c ) 接收机中载波同步的实现算法 及结构，并给出了芯片实现方案。 第一章善先壤述了数字邀程及蕤发装，接麓藿点赍绍td v b c 畜线惫视终 输系统，并对专用集成电路( a s i c ) 设计的发展、流程及将来的趋势s o c 的 设计技术作了概述。 第_ = = ：二搴主要赍缨了q a m 数字调制薅调技术稆锬獯环技术原理，是菇续章 节酌理论基础。 第三章重点讨论了各种载波同步算法并分析各自的优缺点，然胼提出 d v b c 接收芯片中载波环的实现方案，并给出仿真性能曲线。 繁嚣牵绘窭载波圈步在a s i c 设诗中弱其薅实理，惫戆绩狡楚分、凝俘设 计、逻辑综合和验诋等，最后讨论了面向综合的a s i c 设计技巧和可测性设 计。 零文的主要贡献在，于分极磷究了各i 孛载波网步算法，提黥适用于d v b c 传 输系统豹实现算法投络弱，给壅典体靛a s i c 实现，并结合实际经验讨论了面 向综合的a s i c 设计技巧和可测性设计。 【关键词】数字电视，d v b c ，载波同步，专用集成电路设计 柬黟”等、等蒋葡意 匆夸奠叠，皇 a b s t r a c t d i g i t a lh d t v ( d i g i t a lh i g hd e f i n i t i o nl c l e v i s i o n ) t e c h n o l o g yi n t e g r a t e st h e m o s ta d v a n c e di m a g ec o m p r e s s e de n c o d i n gt e c h n o l o g ya n dt h ed i g i t a lt r a n s m i s s i o n t e c h n o l o g y rh a sb e c o m eo r eo f t h ef o c u s e si nt h eh i g h - t e c hc o m p e t i t i o n s d v bi s t h ed i 西t a lh d t vs t a n d a r dt h a td e v e l o p e db ym o r et h a n1 7 0o r g a n i z a t i o n si ne u r o p e i tm a i n l yc o m p r i s e ss a t e l l i t e ( d v b s ) ，t e r r e s t r i a l ( d v b t ) a n dc a b l e ( d v b c ) d i g i t a l t e l e v i s i o ns y s t e m s in sp a p e ri sa b o u ta l g o r i t h m so fc a r r i e rr e c o v e r yu s e di nd v b cc h a n n e l r e c e i v e rs y s t e ma n di t si m p l e m e n t a t i o ni na s i c ( a p p l i c a t i o ns p e c i f i ci n t e g r a t e d c i r c u i t ) t h ef i r s tc h a p t e rg i v e sa no v e r v i e wo fd i g i t a lh d t va n di t sd e v e l o p m e n t ，t h e n f o c u so nt h ed v b cs y s t e m ，f i n a l l yt a l k sa b o u tt h et e c h n o l o g yi n v o l v e di na s i c t h es e c o n dc h a p t e rm a k e sa ni n t r o d u c t i o no ft h ef u n d a m e n t a lt h e o r yo fq a m m o d u l a t i o n & d e m o d u l a t i o n a l s ob r i e f l yd e s c r i b e st h eb a s i cp r i n c i p l eo f p l l 。 t h et h i r dc h a p t e rd i s e u s s e sa 珏k i n d so fa l g o r i t h m so fc a r r i e rr e c o v e r y a f t e r a n a l y z i n gt h e i r c h a r a c t e r i s t i c sa n dd i f f e r e n c e s i tb r i n g sf o r w a r dt h ea l g o r i t h m & s t r u c t u r ea p p l i c a b l ef o rd v b - c s y s t e m ，f o l l o w e db yp e r f o r m a n c e c u r v e t h ef o u r t hc h a p t e ri st h ei m p l e m e n t a t i o np a r to fc a r r i e rr e c o v e r yi na s i c ， i n c l u d i n gs t r u c t u r ed i v i s i o n 、h a r d w a r ed e s i g n 、l o g i cs y n t h e s i sa n d v e r i f i c a t i o n t 码e a s i cd e s i g ns k i l l so r i e n t e dt os y n t h e s i sa n dd f t ( d e s i g nf o f s t ) a r e d i s c u s s e di n t h ee n d t h em a i nc o n t r i b u t i o n so ft h i sp a p e ra r ep r o p o s i n gt h ea l g o r i t h ma n da s i c i m p l e m e n t a t i o ns c h e m eo fc a r l i e rr e c o v e r ya p p l i c a b l e f o rd v b cs y s t e m i ta l s o d i s c u s s e st h ea s i cd e s i g ns k i l l s f o r s y n t h e s i sa n dd f ta c c o r d i n g t o p r a c t i c a l e x p e r i e n c e s ， k e y w o r d s h d t vd v b cc a r r i e rr e c o v e r ya s i c 鞋 1 1 数字电视概论 第一章绪论 电视技术发震髯常迅速，以接收税为谰，葜发展的基本过程楚由黧自电税 枧经普邋彩色匙视毒建到遥控彩色电视戡、遥控超平大屏幕彩色瞧撬规、大型壁 挂式等离子姓示板p d p ) 电视机，直到今日j x l 靡世界的全数字高清晰度电视。电 视信号的数字化早在2 0 世纪5 0 年代依据s h a n n o n 信息理论就已提出。随着理 论研究韵深入 4 0 d b ，而数字信号只要求s n 2 0 d b ，所以在 褶两的覆盖面积下，数字电褫大大魏节省了发射功率。 易予实现信号熬存糍，露虽存锉时阀与信号的特性无关。近年来，大规模 集成电路搜沭发展迅速，使得半导体存储器可以存储多帧电视信号，从而 完成模拟技术不可能达到的处理功能。 数字电褫采用数据蕊缩技术，便于实现计算视潮或i n t e r n e t 、龟褫两、电信 网走向融合，抟残一类多媒体递信鬃绞，藏必寒寒国家售息基础设憨心l 王) 的重要组成部分。 数字技术可实现时分多路，充分利用信道容量，利用数字电视信号中的 行、场消隐时间，实现文字多工广播( 容易实现数字交换，为醐、文、声、 数据著菠的练会业务数字爨开搽了广耀瓣应照镶域) 。 可以合理剥用备种类型的频谱资源，节省信道。以地颇广播为例，数字电 视可以启用模拟制的“禁用频道”。 数字电视的出现还将裰大魂改交信怠家电的市场缩构。哥箭，模稼电辛冤梳 除了产业结擒不会理外，蘩要熬还是因其捆对技拳含爨不离，导致在乜遮 发展的电子产品市场竞争中处于不利地位。而数字电视能够促进电视机扩 大谶面、提高分辨率及展宽屏面，并以全新型电视机的姿态提高销售价 格。 应该流，数字电视还商很多冀他优点，如灵活和实稍的入枫交互界掰，开 放性和兼释性较好等，可以预见，未来的数字电视将会具有智能化的计算机功 能，不仅仅提供袁凄量的多媒嚣声豫骚务，完成交互饪务，还能按照久髓缒愿 望去实现“自动调节要求”。总而言之，数字电视是大势所趋，是人类避入信 息社会和数字化时代的又历史蚀的重要历程，棚信不远的将柬，数字电视技 术及萁产赫将会寄菱大懿邈步窝发震，著步入每个家庭。 1 1 2 数字电视的分类及系统结构 按现阶段的研究与应用情况着，数字电视可以划分为两大类，第一类为标 准清耀凄溉撬器数字害援懿撬，像绉图像臻量分辨率约5 0 0 线豹广蕹缀数字电 视、图像质量分辨率约4 0 0 线的相当于d v d 的酱通级数字电视( s d t v ) ，以及 图像质量分辨率约为3 0 0 线的相当于v h s 的普及溅数字电视( d p t v 或l p t v ) 。 第二类数字电视为阔像分辨率在8 0 0 线以上的离清晰度电褫h d t v 。 数字电视涉及3 个领域：电视系统的信源部分( 发送端) 、信邋部分( 传输，存 纛骜) 耪售密帮分f 接牧搂) ，整个过程都是数字往豹。其中繁一部分麴重点怒信滚 ( 翻像声音数据) 的压缩编码和数字多路复用；第二部分是纠错编码，数字调制， 以便于数字制的传输和存储；解调制懈纠错码和解复用，解压缩编码是第三部分 豹獾熹。冀详继结穗挺蚕鲦图l 。1 1 掰示。 数 字 信 息 源 节复 日用 源器 辅助数据等| | | 蓁剧糍 ( 痿添编鹚数宇溽铡搀 ( 发i i 磊源) 再鬲藏蔷；j 孬丽 鎏h 罐豢黼恤 黼s 一2h 篓鳖坠 竺i 厕 一 接收端，即傣疆) 圈1 11 数字电视系统结构框图 在数字毫鞔，镪括h d t v 系统结梅中，自予广泛采溺了数字绩号楚爨帮高 效压缩编码技术，使数字电视的结构成为一种分层结构，包括图像层、压缩 爨、传送艨和传输层，其中图像鼷和压缩层鼹决鸯效性闻题，传送层和传辕屡 解决可靠性问题。传送层中韵毽缩构技术使系统酌后囱兼容不成闷题，同时， 使得信道带宽对各基本比特流来说是动态分配的，这从根本上改变了现行模拟 毂撬懿壤念，使褥h d t v 这秘媒髂在承载售怠孵，在售惑耱类及簇缝系绫熬互 操作性和交互性等方面均具有无可比拟的灵活性。 兰兰潞 兰兰一 1 1 3 数字电视的国际标准 1 9 4 8 年，按照数字通信的鼻裰s h a n n o n 提出的理论，电视信号数字化的理 论与实践趣步。1 9 8 0 年c c i r ( 现i t u r ) 制订了6 0 1 号建议草案：演播室呶视信 号数字亿参数( 毫褫系统静发送鞴：绩源) 。1 9 8 2 年德国 薪嗣爨一套v l s i ， 对模拟电视接收机中的电视基带信号进行数字处理( 电视系统的接收端：信 宿) 。1 9 8 8 年，c c i t t ( 现i t u r ) 嚣订了h 2 6 1 建议草案：电视电话会议电视 系统。其中活动圈像( 视频) 压缩编鹅m p e g 算法，是“图像编码4 0 年经毅的总 结”。1 9 9 1 年和1 9 9 3 年，相继制订了与数字电视发展密切关联的m p e g 1 建 议蘩案( i s o1 1 1 7 2 ) 舞m p e g - 2 建议孳寨o s o1 3 8 1 鼬。在戴基础上，美霪、欧测 和日本先胎制订出各自的数字电视标准系剐，分剐是欧洲e t s i 的d v b ( 日本 d i b e g 的i s d b t 源于d v b ，不另作分类1 和美国先进淑视委员会a t s c 的 d f v 。 1 1 。3 ，1d v b 拣准 d v b ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ) 意为数字视频广播，是欧洲1 7 0 多个组织 参麓静一个顼鏊，楚欧溺豹毫褪倦输系统标准。窀主要惫疆三部分：爱予里星 数字电视广播的d v b s ，标准是e t s 3 0 0 - 4 2 1 ；用于有线( 同轴电缆) 数字电视广 攘蜓d v b c ，标准是e t s 3 0 0 4 2 9 ；以及煺予地蘸数字电视广播的d v b w t ，标 准是e t s 3 0 0 一7 4 4 。 d v b 项目的主要目标是要找到一种对所有传输媒体都适用的数字电视技术 耧磊绞，辩宅熬要求是； 系统应能灵活传送m p e g 2 视频，音频和其他数据信母。 系统使用统一的m p e g 2 传送比特流复用。 系统傻疆统一豹葭务信息系统涎镶广播节嚣戆缨节等经怠。 系统使用统一的一级熙德一索罗门前向纠错系统。 使用统一的加执系统，但可有不同的搬密。 选择邋于不同传输媒体的调翻方法和通道编褥方法以及任何必须的附加纠 错方法。 鼓励黢渊疆终逡嚣搜阂d v b 标准，攘动建立整赛熬霾的数字粳频广播标 准。这一目标得到了1 1 u 卫星广播的支持。 支持数字系统中的图文电视系统。 番亲誊d v b s 裕准已海全球聚试嗣；d v b c 为欧溯、澳大稍泛、j e 羡、南 美等一些圈家接受：而数字电视地面广播d v b t 已在欧洲、澳大利亚、新加坡 避行了广泛的测试试验褥到认可。 本文主要研究d v b 。c 传输系统中接收端载波同步豹辩法及芯片实现，将在 另一节着熏讨论d v b c 传输系统。 1 1 3 2a t s c 标准 美国在发展高清晰度电视时首先考虑的足如何通过地而广播网进行传播， 并在1 9 9 6 年由美国高级电视系统委员会( a t s c ：a d v a n c e dt e l e v i s i o ns v s t e m c o m m i t t e e ) 提出了以数字高清晰度电视为基础的标准。 1 9 4 6 年，世界i 二第次出现黑白电祧，1 9 5 3 年，美国开始了彩色电视广 播，是电视史上一个里程碑。1 9 9 6 年底，美国的联邦通信委员会f c c 做出决 定，美困将采用a t s c 的地面数字电视广播格式。美国的这个决定，在世界电 视史上具有重大的意义。它是以法律的形式规定了将来美国的数字电视格式将 采用a t s c 的格式，这是世界电视史上的又一个里程碑。 d t v 是一种地面数字电视广播标准，与d v b t 形成竞争，已在澳大利 亚、新加坡等国家与d v b t 进行对比试验。目前接受该标准的国家和地区有美 国、加拿大、墨西哥、阿根廷、韩国、台湾等。另外，北美地区在卫星数字电 视广播方面接受d v b s ，d s s ( 休斯数字卫星系统1 ；在有线数字电视广播方面 接受o p e n c a b l e ( 美国c a b l e l a b s 制定的数字有线标准，该标准接受a t s c 制式 以及国际电讯联盟( i t u ) 的i t u tj 8 3 的用于电视、声音和数据服务的有线数字 多节目制式1 。 1 1 4 数字电视的发展现状 数字电视的发展有着广阔的前景，纵观全球，各国都在大力发展数字电视 及相关产业，并取得了很大进展。由于客观情况、标准、制式等不同，各国的 数字电视发展状况也不尽相同，但一些数字电视发展比较迅速的国家，特别美 国、f ；| 本、欧洲等国数字电视发展模式、发展趋势、技术标准的选择对我国有 一定的指导和借鉴意义。 1 1 4 1 全球数字电视发展状况 美国 作为国际公认的头号政治经济强国，美国的数字电视发展目前也是遥遥领 先。美国是世界上较早发展数字电视的国家，在技术领域不仅完成了数字电视 三大标准的制订工作，而且已经率先实现了商用播出。目前地面数字电视的覆 盖率已达9 4 ，充分显示了这项业务巨大的发展潜力。数字电视用户在2 0 0 2 年 第三季度也增长了1 5 0 万，全美的用户达到了1 3 7 0 万。据n a b 称，现在美国 最少有7 5 的家庭至少接收一套数字电视信号，由此可以看出，美国的数字电 视已经得到了大面积的推广。 但也有一些人认为，美国的有线电视业的数字化阻碍了地面数字电视的发 展进程，并据此断言美国普及数字电视进程的时间表很有可能向后推迟。不 过，其主管部门为了加速有线的数字化进程，在2 0 0 2 年5 月制定了更加灵活有 效的数字电视转换计划。随后，包括美国在线一时代华纳集团等1 0 家最大的有 线电视经营商宣布，它们将从2 0 0 3 年1 月1 同开始，以数字电视信号向用户提 供高清晰度电视节目。美国数字电视的整体发展还是在和谐的氛围下进行的。 4 浙江人学坝j 。学位论殳 同本 日本的数字电视研究与丌发进展较快，计划于2 0 0 3 年在东京、大阪和横滨 开始播出地面数字电视，2 0 0 6 年实现地面数字电视全国覆盖，主要是h d t v 节 目，到2 0 1 1 年全国范围内的所有电视台都将采用数字信号发送，彻底结束模拟 信号发送的历史。为了实现这个目标，日本通过反复试验制定了符合本国国情 的i s d b 数字电视标准。在用户需求方面，日本的数字电视凭借其高质量的电 视画面，在2 0 0 2 年6 月举办的世界杯足球赛期问充分带动了同本广播电视卫星 数字电视产品的市场需求，至今日本的观众对b s 数字电视机产品热情丝毫不 减，反而门趋高涨。据统计，只本当月b s 数字电视的市场销售量同比增长了 2 2 倍。为了迎合消费者的需求，同本多家电视机生产商们相继推出了各自的 b s 数字电视新产品，可以预计r 本的数字电视正处在一个腾飞的起点。 欧洲 欧洲的数字电视兴起比较早，目前无论从技术上还是用户规模上都处在稳 定的成熟时期。以英、法、德为代表的西欧国家制定了欧洲地区统一的数字电 视标准一d v b ，并且为世界其他各国制定相关标准提供了依据和参考。早在 1 9 9 6 年欧洲数字电视的卫星广播就已经开播，目前用户已超过5 0 0 万，并已扩 展至东欧；有线电视网络中数字电视的广播从1 9 9 7 年开始。在1 9 9 8 年11 月英 国就丌始数字电视的地面广播，现在已经成为全球数字电视普及率最高的国 家，有将近一半的英国家庭看上数字电视。除了英国，西班牙、荷兰、瑞典和 法国等西欧国家也相继引入数字电视服务。由于欧洲数字电视提供商采取了有 效的措施吸引观众接收数字电视，替用户承担了数字电视机顶盒的购置费，并 且提供大量的付费节目供用户选择，其互动电视用户规模已经超过了美国。 其他 随着数字技术、信息技术的飞速发展，广播电视行业网络化数字化已经成 为不可逆转的趋势。除了美日欧等为代表的第一阶梯国家顺利开播了数字电视 节目以外，全球许多国家都开始了数字电视播出、试验或进行了积极的探索。 韩国在汉城进行地面数字电视试验之后，决定采用美国的a t s c 标准。并 且准备2 0 0 3 年六个城市开展地面数字电视业务，到2 0 0 4 年推广到全部省会城 市，2 0 0 5 年全国开播。同时韩国政府计划在2 0 1 0 年结束模拟信号传输，届时 其国内的数字电视普及率将达到9 5 。到目前为止，韩国的数字电视产品的销 售额已经超过了模拟电视，成为主导产品，已经充分显示了数字电视的发展潜 力。 新加坡诈向数字化迈进中，经过复杂的试验后，选择欧洲d v b 作为标准， 并于2 0 0 1 年9 月丌始了交互电视的试播。 加拿大自从2 0 0 1 年秋季推出5 0 个数字电视频道之后，收看数字电视频道 的观众迅猛发展，到2 0 0 2 年第三季度其数字电视订户已经激增至2 9 0 万户a 南美国家巴西通过对欧洲、美国和日本数字电视标准的测试，决定采取同 本的地面数字电视标准i s d b t 。 除此之外，中国的台湾、香港地区以及澳大利亚等国在数字电视方面分别 制定了模拟转数字的时间表，对数字电视技术进行了积极的探索。 浙江人学硕j 学位论文 1 1 4 2 我国数字电视发展现状 我国数字电视的发展从1 9 9 2 年丌始就已在国家f 式立项，并由国务院亲自 成立了相应的领导小组，负责协调和制定战略发展计划。在此基础卜，我国 h d t v 高清晰度电视技术的研究开发取得了突破性进展。1 9 9 8 年8 月，完成了 高清晰度电视系统的联试；1 9 9 9 年，在新中国成立五十周年的庆典上，我困成 功地试用高清晰度电视技术对庆典活动进行了实况转播。数字高清晰度电视系 统还被确认为我国“十五”计划的十二项重点项目之一，已展丌试播设备的研 制工作和系统制式标准的拟订工作。6 月1 2 日，广电总局发布了我国有线电 视向数字化过渡时问表，并首批确定了北京、上海、广州等3 3 个试点地区。 根据时间表，我国数字电视采取先试点后推广的分阶段逐步实施的办法，2 0 0 8 年我国主要城市将完成数字化过渡，北京奥运会将采用数字信号转播，2 0 1 5 年 将全面停止模拟信号的播出。 目前我国数字电视技术发展与标准制订进程已取得了多项重要成果，完成 了国内5 套地面数字电视技术系统测试工作；在技术标准方面，卫星数字电视 传输标准、数字电视演播室标准已经完成，有线数字电视传输行业标准和条件 接收系统、服务信息指导性规范已经颁御，地面数字电视正在研究制订巾，一 大批数字广播电视相关标准相继颁布实施，基本扭转了标准落后于事业发展的 被动局面，为我国数字电视的全面推进奠定了基础。 应该说，我国数字电视发展前景十分看好，但是，这是“牵一发而动全 身”的大工程，必然存在很多问题。正如广播科学研究院战略规划研究所高级 工程师周力先生所分析的，“在电视的数字化进程中，还有几个有待完善的地 方：首先，关于地面广播数字化的标准，目前有清华大学和上海交大两套方 案，还在讨论之中，这两套标准系统各有特色，很难说会选用哪一套，或结合 使用。其次是内容问题，这是指数字电视所提供的电视节目。随着人们使用数 字电视，对图像质量的要求变高及选择性变大，因而对电视节目的要求也提升 了。数字电视节目的内容应更丰富和更有特色。还有，电视运营商的问题，这 在目前来说是一个非常重要的环节。目前，不仅数字电视节目的制作、编辑、 传送都需要运营商的操作，而且网络的开通、全套设备的选择、收费标准等诸 多问题，都需要由电视运营商来定夺。另外，由于数字电视的推广需要的改造 资余比较多，投入比较大，因而还需要国家制订相应的优惠政策，给予支 持。” 1 2d v b c 欧洲有线电视传输标准 欧洲的有线传输标准称为d v b c ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t c a b l e ) ，即有线数 字视频广播，以有线电视网作为传输介质，应用范围广，主要调制方式为q a m 正交幅度调制，包括1 6 q a m 、3 2 q a m 、6 4 q a m 、2 5 6 q a m 等。 d v b c 传输系统用于通过有线电视( c a t v ) 系统传送多路数字电视节目， 它可与卫星电视系统相适配。d v b c 传输系统基于前向纠错编码( f e o 技术和 q a m 调制技术，可保证传输业务的可靠性。随着技术的进步，d v b - c 系统可 进一步发展。d v b c 系统设计的性能指标可保证在传输信道的误码率为1 0 1 的 情况下，将误码率降低到1 0 。o 一1 0 d 1 的水平，即达到“准无失真”的水平。 浙托火学硕一b 学位论文 d v b c 传输系统的具有如下儿点主要特点：可与多种节目源相适配。d v b c 传 输系统鼹传送戆节曩甄可来源予从里星系统接收下柬的节爨，义可来源予本地 电撬节强，以及其它辩来节蟊信号。既可丽予豁准数字电褪又可蠲予h d t v 。 因为无、论标准数字电视还是h d t v 经压缩编码和复用后，都变成了二元比特 流，只鼹比特率有所不同，对传输系统是没有区别的。儿符合m p e g 一2 编码和 复用标凇的数字电视她务都可进入d v b c 传输系统，因为传输系统的信邋帧格 式是与m p e g - 2 竣t s 趣穆式穗随配鳃。龛诤麓户婕送不瘸魄援韭务结誊鼋豹一笋 目，其中可包括多路不同的声音和数据业务，所有业务码流通过时分复用最终 都在一路数字载波上传输。 1 2 。1 系统结稳 d v b c 传输系统可由图1 2 1 的方框图表示，主要包括两部分，有线前端和 综合解码接收机( i r d ) 。 曙哥卧斟雏懈圃 ll耋 lr f 物理 剥锯 有 线l 信l 逆l 时钟和同步发生器 蜀辫h 熬h 蒋吲暴 载渡、时钟静同步 恢复 8 l r s l8 y n c l 爱糍8l 基带零 q 瓣璐| 攀 去麓垂多叫姆穗| l q l 器| 扩散j 按矧r 图12 1d v b c 传输系缆框图 各个模块的基本功能如下： 基黪麓理接| 二| 该肇元将数据结构与信号滚格式匹配。帧缩构应与包括问步字节的m p e g 一 2 传送胺一致。 s y n e l 反转和随机化 该錾元将壤握m p e g - 2 犊缮槐转换s y n c l 字节，为了频谱戏型，应对数握 流遗行随祝佬。 r s 编码器 对每一个已随机化的传送包，该单元使用馘短的r s 码编码，以产生一个 误码保护包，这种编硒也应在同步字节本身使用。 卷辍交缀器 该单元应完成一个深度i = 1 2 的误码保护包的卷积交织，同步字节酌周期仍 不变。 7 浙江大学坝i 学位论文 字节到符号变换 该单元将交织器产生的字节变换成q a m 符号。 差分编筠 为获旋转不变星座图，该单元应对傅符号两个最高有效位( m s b s ) 进行差分 编鼹。 慕带成型 该单元将经过菠分编码的聊比特符号剁i 和q 信号的映射，存q a m 调制 前，对l 裁0 售号遴行余弦滚降乎方投滤波。 q a m 调制器和i f 物理接口 该单元完成q a m 调制。之后，它将q a m 已调信号连接到商线电视射频 斛) 信道。 综合解码接收机( r o d ) i r d 完成信号逆处理。 1 2 2 m p e g 一2 传送层和帧结构 m p e g 2 传送层由1 8 8 个字节的包组成，其中，一个字节用于同步，三个 字节用于业务识别，加扰鞠控制倥愚，随聪是1 8 4 字节m p e g - 2 数据或附加数 据。帧的鲺织应基于m p e o 2 传送包结构。系统的顿结构如图1 2 ，2 所示： ( a ) m p e g 一2 传送复j ；i j 包( m u x ) p r b so e r i o d = 1 5 0 3b y t e s - 1 1 8 7 吼r 。卜z k b r y t “4 蝌虮r 。p 1 1 8 7 阶r 。 ( b ) 随机化传送包：同步字节和随机化序列 s y n e 2 0 4 b y t e s s y n c 2 0 4 b y t e s 1 2 3 倍道编码 图1 2 2 系统帧结构 为了获得传邀数字数据所需的适当误码保护缀，应使霜基子r s 码编码的 f e c ，并使用字节交织抗突发误码保护。 浙江大学顾十学位论文 1 2 3 1 频谱成型随机化 在m p e g 2 传送复用器之后，该系统输入码流应以固定长度包组合。 m p e g 2 传送m u x 包的总长是1 8 8 个字节，其中，包括个同步字节( 即 4 7 h e x ) 。在发送端，处理顺序都是从同步字协( 0 1 0 0 0 1 1 1 ) 的m s b 开始的。 为保证时钟恢复有足够的二电平问过渡，m p e g 一2 传送复用器输出端的数 据应按图所视的结构进行随机化。 伪随机二进制序列( p r b s ) 生成的生成多项式如下： 1 + 1 4 + x 1 5 ( 12 1 ) 应在每8 个传送包的开始时将序列“1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 ”装入伪随机序列发 生器p r b s 计数器使其初始化。为给解码器提供一个启动信号，在一个8 个包 长的组中，第一个包的m p e g 一2 同步字节应逐比特倒相，倒相从4 7 h e x 变为 b 8 h e x 。 初始化序列 100】o1010000000 图1 2 3 加扰解扰框图 p r b s 生成器输出的第一个比特应作用于已倒相的m p e g 2 同步字节( 即 b s h e x ) 后的第一个字节的第一位。为实现其他同步功能，在后继的7 个传送包 的m p e g 一2 同步字节持续期间，p r b s 继续工作，但其输出应无效，不对这些 字节随机化。因此，p r b s 序列的周期应为1 0 5 3 个字节。 在调制器无比特流输入时，或与m p e g 2 传送码流格式( 即一个同步字节 + 1 8 7 个数据包字节) 不兼容时，随机过程仍将持续。这是为了避免调制器未调载 波的发送。 1 2 3 2r s 码编码 在能量扩散随机化处理后，采用t - - 8 的截短的r s 码编码应加到每一个经 随机化的m p e g 一2 传送包上。这意味着每一个传送包中，8 个错误字节可以被 纠正。此过程在m p e g 2 传送包中增加了1 6 个奇偶校验字节，码字为( 2 0 4 ， 1 8 8 ) 。r s 编码也应置于包同步字节，不论是未倒相的( 4 7 h e x ) 还是倒相的( 即 b 8 h e x ) 。码生成多项式： g ( 翼) = ( x + ) ( 盖+ 爿) ( x + 牙) ( x + 爿5 ) 这里丑= 0 2 h e x 。本原多项式： p o x 、= x 2 七x 4 + x 3 + x 2 + 1 9 ( 12 2 ) ( 1 23 ) 浙江人学硕士学位论文 在( 2 5 5 ，2 3 9 ) 编码器输入端输入信息字节之阿，添加5 1 个字节，并设置为 全零，以此实现截短的r s 码。编码后，这些空字节将被丢弃。 1 2 3 3 卷积交织 深度为1 = 1 2 的卷积交织应用于误码保护包，生成一个交织帧。 卷积交织处理应基于f o m e y 方法( 是一种对典型的突发误码信道的突发纠错 编码) ，它与i = 1 2 的第三类r a m s a y 方法一致。已交织的帧应由交叠的误码保护 包组成，且应由m p e g 一2 同步字节界定( 保留2 0 4 字节的周期) 。 图1 24 卷积交织和解交织的框图 交织器可由卢1 2 个分支构成，由输入开关循环地轮流接通输入的比特流。 每个分支都应有一个深度为m j 单元的先进先出( f i f o ) 移位寄存器，( 这里 m = 1 7 = n i ，n = 2 0 4 = 误码保护帧长度，i = 1 2 = 交织深度，产分支序号) ，浚f i f o 单元应为一个字节，且输入输出开关应为一个字节，且输入输出开关应同步。 为实现同步，在所有时候同步字节及倒相的同步字节都应送到交织器的分之 “0 ”( 相当于零延时) 。 交织器数据输入端分成1 2 路，每一路延迟不同符号周期，第一路无延迟， 第二路延迟1 7 个符号周期，第1 2 路则延迟( 1 2 1 ) 1 7 个符号周期。输入端有 一开关随着时间推移依次连接各个延迟支路。输出端有一开关与输入端一一对 应，同步连接各连接支路。 而用户端的去交织结构与之类似，只是将交织器上下颠倒一下。 这种移位寄存器卷积交织器的特征决定了由信道引入的任何跃m 的连续突 发错误，在去交织输出端变为间隔为1 2 1 7 ( ，蚴个符号周期的b 个单个差 错；间隔为，m h 的世个周期性单个差错，在去交织输出端变成长度为世的 突发错误。这样使较为集中的突发错误分散7 1 ：，使之接近随机差错，有利于发 挥r s 码的纠错能力。事实上是将信道改造成近似的无记忆信道。 1 2 3 4 字节到符号的映射 卷积交织之后，应进行字节到符号的精确映射。这一映射应基于该调制系 统中使用的字节定界限。 在所有情况下，符号z 的m s b 应取字节v 的m s b 。相应的，该符号的下 一个有效位应取字节的下一个有效位。2 q a m 调制情况下，该处理应将k 个 1 0 字节缺射到n 个符号，例如，8 扣n 聊。6 4 q a m 情况下的处理在闰1 , 2 5 中作 详缨说明( 这里掰= 6 ，萨霹，扣3 ) 。 鼬撵l 喇型辆昏帕f 搓矗0 雌 蚋目) 1 t od i 怕r a n t i l l0 n 柏r 辫 疵蝌m 酾砷 卜j 世一瑚业l 寸地螳一 l 掰鹕1 3 5 螨强矬：b 臻l 7 撼酶“臻敞l l 静蛹：醢瞒埔糖b l 撼l 卜斗渤逝止卜噬瑚一继一 圈12 5 用于6 4 q a m 的宰节到比特变换 注意：b 0 应理解为每个字节或脚个比特符号( m - t u p l e ) 的最低有效位 ( l s b ) ，另矫在这个交换中，每个字节产生了不止一个m 眈特符号标为z ，z + i 等调创字苇组，且z 在z + l 之翦传送。 接下来，为获键= 2 旋转不变q a m 星座图，每个符号的两个最赢有效位 进行差分编码，两个m s b 的差分编码由下而的表达式给出： = ( 4o ) ( 以o 一l ，十( 4o 埠) ( 以。姨一1 ) g = 丽百丽( 珞e q k 1 ) + ( 鱼母圾) ( 致毋z ) 2 4 ) ”“。却”龟。 、 融怕 电广 q k t ok l a p p i n g 疆嘲出 e o r r - e r e i o n 1 2 3 5 调制 2 f 吖1 e 洲 q t3 瓣麓洲 4 时6 4 洲 豳12 6 映射和差分编码的实现 系绫调剿方式鸯互l 三交幅度调制( q a m ) ，霹鞋是1 6 q a m 、3 2 q a m 、 6 4 q a m 、1 2 8 q a m 或2 5 6 q a m 。其中1 6 q a m 、3 2 q a m 和6 4 q a m 的系统星座 图如图1 2 7 所示，2 5 6 q a m 的系统星靡图如图1 2 8 所示。这些星座圈代表在 有线系统中传输的信号。 提制戆i 路稆q 黪信号应先经过殍方根舞余弦滤波，滤波器频率蛾应妇式 2 5 蜃示，其中壁为滚降系数，在d v b 。c 传毒蕃系统中为o 。1 5 ；t 先符号髑 麓。 2 16 - q a m 阿i t 孓r o t 疆1 而 o q l k qk = | ) 1 t qk l i l ii ( 1 i1 1 0 i ( i i oj i oooo 10 10i - 1 0f 1。0 0 f 1o i i 0 1 o0oo 1 10 li l0 0 。护 i o0 1 1 1 l1 1 1 0 o 占1 鬯oo fk q k = “j ik q k ；| i 0 蚓j 害 q ik q k r 10 oo”占”。掣il q p 吲峪增l 0 0 l 渊0 0 1 0 10 0 | 1 l 0oo 10 i | 0 10 10 01 0 0 0 00 00 帅0 0 l0 0 0j l oooooo 1 8 1 1 咎窖岫“占oo 1 j 1 1 l ii lj0jjj j 0j0 0 1o 0 l 自10j0 0ooooo 1 | n 1ni l l l00 l e l l0 | i | l lk qk = i 1 0。o il qk ：i j i 6 4 - q a m q 咎m 占0 8 0 旧省。 0 0 1 0 0 000 1 0 0 10 0 【1 0 l0 0 0 0 k qk ：l o oooooooo 。i 。lo 。o io l jo 。1 1 1 io o l i lo lk q k 。( i 咎m 目。8 | 。省1oooo m 旧器。0 1 喇旧。岂o 髫1 0 0 0 0 10 0 0 l io 1 i l0 0 0 1 10 0oo0 辔伸1 憎”6 甘。智o。智椰州酱艄智”。咎”o l 攀8 旧心省o。8 省吲0 1o 目o l l | 日i loi l0 | l l1 10 0 i i1 10 0 1 00 10 0 0 i0 10 0 1 10 1 1 0 i lo l i0 0 1 o0ooooo0 | | l i l0i l l ll l l 0 | 1l i i f l l00 10 10 10j0 1 i 【0 1 1 l i l0 1l io i i k 0k = i 1 oooo。ooo 1k q k ：“ 1 1 i l0 ai i l j 0 】i | 1 日0 l1 1 10 0 10 m o0 10 1 1 00 1 1 1 100 i i ) 0 oooooooo 图1 2 71 6 q a m 、3 2 q a m 、6 4 q a m 的星座图 1 2 浙江大学硕l 学位论文 2 5 6q a m j、 啪 h掣掣。p0 1 e 0 ：叭2 0 o 珀l 咖1 掣 0 0 1 d0 0 ud l l l0 1 1 0 0 1 1 00 1 1 10 0 1 1 u 1 1 uw t z uv l a aw x l0 啊0 口 菇瓤；l “雕。j l l 1 1 岛【_ 1 0 ， 凶钿1 单11 1 0 1i i o d 蔷驷1 7 1 呷il 呷 i 以础m 坤o1 叩1 p 11 1 尹：1 1 w 1 1 o li w 1 1l o o d j -1 警o 1 吧!1 v 11 峙口：1 譬o1 罂11 警1 l 。 o ， 呷喈。a q o ；。耐。呷。 o 1卿呼l o 廿lo 挚。囤噜o 挚1 呷1 硼铲 i， ，t 1 1氇 l ， ， v 驴l l卿l t 口由岫，叫2 w 细b l 图12 82 5 6 q a m 的星座图 1 3 专用集成电路( a s i c ) 设计 1 3 1a s i c 及其分类 专用集成电路( a s i c ：a p p l i c a t i o ns p e c i f i ci n t e g r a t e dc i r c u i t ) 是面向专门用途 的电路，以此区别于标准产品( s t a n d a r dp r o d u c t ) ，如标准逻辑( s t a n d a r dl o g i c ) 电 路、通用存储器和微处理器等电路。目前在集成电路界，a s i c 被认为是用j 1 专 用集成电路( c u s t o m e rs p e c i f i ci c ) 。它是根据用户的特定要求，能够以低研制成 本、短交货周期供货的半定制、定制电路以及p l d 和f p g a 电路。 a s i c 的提出和发展说明集成电路进入了。个新阶段。通用的、标准的集成 电路已不能完全适应电子系统的急剧变化和更新换代。各个电子系统厂家都希 望推出具有特色、个性的产品，加快产品更新，维护产品的某些保密性，使产 品更具有竞争力，而a s i c 电路正能达到这种要求。这也是自8 0 年代中期以 来，a s i c 得到广泛传播和重视的根本原因。a s i c 电路的蓬勃发展正推动着设 计方法学和设计工具的完善，同时也促进着系统设计人员和芯片设计人员的结 合和相互渗透。a s i c 的设计方法可以有很多种，如图1 3 1 所不： 浙江大学坝二l 学位论文 设计方法 伞定制( f u l lc u s t o mi ) e s ig n a p p r o a c h ) 蒯( 然t 瓣 r 一有通道 糊u ( 皇黧。t 脯 模块编译( b l o c k c o m p i l e r ) r 一可编程逻辑阵列( p l a ) 可编程逻辑器件( p l d ) 十一可编程阵列逻辑( p a l ) l 一通用可编程逻辑阵列( g a l ) 逻辑单元阵列( | o g i c ( ：e l la r r a y 也称f p g a ) 图13 1a s l c 设计方法 其中，全定制法适用于要求得到最高速度、最低功耗和最省面积的芯片设 计；定制法适用于性能指标比较高而生产批量又比较大的芯片设计；半定制法 适用于设计成本低、设计周期短而生产批量又比较小的芯片设计设计；模块编 译法是一种全自动的设计方法，先对设计模块的性能进行描述，再通过编译直 接得到该电路的掩膜版图。 1 3 2a s i c 主要设计流程 典型的a s i c 设计流程具有以下几个步骤，详