数字高清电视是当前世界上最先进的图像压缩编码技术和数字传输技术的结合,是高技术竞争的焦点之一。其中,信道处理系统及其相关芯片更是集中了数字信号处理、前向纠错编解码等数字电视传输的核心技术,成为设计和开发整个数字电视系统的关键技术之一。本文以卫星数字电视的信道处理系统为对象,结合国际通行的DVB-S/S2标准,研究了该系统在发射端的设计与实现所涉及到的一系列内容。 本文介绍了数字电视的发展概况和主要标准,特别是对我国卫星电视的发展进行了详细的介绍。然后,本文DVB-S/S2信道处理系统的基本原理进行了介绍和分析,主要包括RS码、卷积码、BCH码、LDPC码等的差错编码的基本原理,以及基带信号处理的基本原理。在此基础上对两种系统的传输性能和DVB-S2的后向兼容系统分别进行了基于Matlab的仿真。最后阐述了基于FPGA的DVB-S调制器的信道编码和调制实现,按功能对DVB-S/S2信道编码过程进行模块分解,并针对每个模块进行工作原理分析、算法分析、HDL描述、时序仿真及FPGA实现。DVB-S/S2调制器的核心是信道编码和调制部分,利用FPGA在数字信号处理方面的优势,本文重点对其中的几个关键模块,包括RS编码、卷积交织器、卷积编码、BCH编码、LDPC编码等的实现算法进行了比较详细的分析,并通过HDL描述和时序仿真来验证算法正确性。
上传时间: 2013-07-10
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本项目完成的是基于中国“数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制”国家标准的发射端系统FPGA设计与实现。在本设计中,系统采用了Stratix系列的EP1S80F1020C5 FPGA为基础构建的主硬件处理平台。对于发射端系统,数据处理部分的扰码器(随机化)、前向纠错编码(FEC)、符号星座映射、符号交织、系统信息复用、频域交织、帧体数据处理(OFDM调制)、同步PN头插入、以及信号成形4倍插值滚降滤波器(SRRC)等各模块都是基于FPGA硬件设计实现的。其中关键技术:TDS-OFDM技术及其和绝对时间同步的复帧结构、信号帧的头和帧体保护技术、低密度校验纠错码(LDPC)等,体现了国标的自主创新特点,为数字电视领域首次采用。其硬件实现,亦尚未有具体产品参考。 本文首先介绍了当今国内外数字电视的发展现状,中国数字电视地面广播传输国家标准的颁布背景。并对国标系统技术原理框架,发端系统的整体结构以及FPGA设计的相关知识进行了简要介绍。在此基础上,第三章重点、详细地介绍了基于FPGA实现的发射端系统各主要功能模块的具体结构设计,论述了系统中各功能模块的FPGA设计和实现,包括设计方案、算法和结构的选取、FPGA实现、仿真分析等。第四章介绍了对整个系统的级连调试过程中,对系统结构进行的优化调整,并对级连后的整个系统的性能进行了仿真、分析和验证。作者在项目中完成的工作主要有: 1.阅读相关资料,了解并分析国标系统的技术结构和原理,分解其功能模块。 2.制定了基于国标的发端系统FPGA实现的框架及各模块的接口定义。 3.调整和改进了3780点IFFT OFDM调制模块及滚降滤波器模块的FPGA设计并验证。 4.完成了扰码器、前向纠错编码、符号星座映射、符号交织、系统信息复用、频域交织、帧体数据处理、同步PN头插入、以及信号成形4倍插值滚降滤波器等功能模块的FPGA设计和验证。 5.在系统级连调试中,利用各模块数据结构特点,优化系统模块结构。 6.完成了整个发射端系统FPGA部分的调试、分析和验证。
上传时间: 2013-04-24
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自香农先生于1948年开创信息论以来,经过将近60年的发展,信道编码技术已经成为通信领域的一个重要分支,各种编码技术层出不穷。目前广泛研究的低密度奇偶校验(LDCP)码是由R.G.Gallager先生提出的一种具有逼近香农限性能的优秀纠错码,并已在数字电视、无线通信、磁盘存储等领域得到大量应用。 目前数字电视已经成为最热门的话题之一,用手机看北京奥运,已经成为每一个中国人的梦想。最近两年我国颁布了两部与数字电视有关的通信标准,分别是数字电视地面传输标准(DMB-TH)和移动多媒体(CMMB)即俗称的手机电视标准。数字电视正与每个人走得越来越近,我国预期在2015年全面实现数字电视并停止模拟电视的播出。作为数字电视标准的核心技术之一的前向纠错码技术已经成为众多科研单位的研究热点,相应的编解码芯片更成为重中之重。在DMB-TH标准中用到了LDPC码和BCH码的级联编码方式,在CMMB标准中用到了LDPC码和RS码的级联编码方式,在DVB-S2标准中用到了LDPC码和BCH码的级联编码方式。 本论文以目前最重要的三个与数字电视相关的标准:数字电视地面传输标准(DMB-TH)、手机电视标准(CMMB)以及数字卫星电视广播标准(DVB-S2)为切入点,深入研究它们的编码方式,设计了这三个标准中的LDPC码编码器,并在FPGA上实现了前两个标准的编码芯片,实现了DMB-TH标准中0.4、0.6以及0.8三种码率的复用。在研究CMMB标准中编码器设计时,提出一种改进的LU分解算法,该分解方式适合任意的H矩阵,具有一定的广泛性。测试结果表明,芯片逻辑功能完全正确,速度和资源消耗均达到了标准的要求,具有一定的商用价值。
上传时间: 2013-07-07
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卫星导航定位系统可以为公路、铁路、空中和海上的交通运输工具提供导航定位服务。它能够军民两用,战略作用与商业利益并举。只要持有便携式接收机,则无论身处陆地、海上还是空中,都能收到卫星发出的特定信号。接收机选取至少四颗卫星发出的信号进行分析,就能确定接收机持有者的位置。 GPS导航定位接收机的理论基础即是扩频通信理论,扩频通信技术与常规的通信技术相比,具有低截获率,强抗噪声,抗干扰性,具有信息隐蔽和多址通信等特点,目前己从军事领域向民用领域迅速发展,成为进入信息时代的高新技术通信传输方式之一。扩频通信技术中,最常见的是直接序列扩频通信(DSSS)系统,本文所研究的就是这一类系统。 目前在卫星信号的捕获上一般使用两种方法:顺序捕获方法(时域法,基于大规模并行相关器)和并行捕获方法(频域法,基于FFT)。本文在第二章分别分析了现有顺序捕获和并行捕获技术的原理,并给出了它们的优缺点。 本文第三章对长码的直接捕获进行了深入的研究,基于对国内外相关文献中长码直捕方法的分析与对比,并且结合在实际过程中硬件资源需求的考虑,应用了基于分段补零循环相关和FFT搜索频偏的直捕方法。此方法大大减少了计算量,加快了信号捕获的速度。本方法利用FFT实现接收信号与本地长码的并行相关,同时完成频偏的搜索,将传统的二维搜索转换为并行的一维搜索,从而能快速实现长码捕获。 GPS信号十分微弱,灵敏度低,在战场环境下,GPS接收机会面临各种人为的干扰。如何从复杂的干扰信号中实现对GPS信号的捕获,即抗干扰技术的研究,是GPS也是本文研究一个的方面。第四章即研究了GPS接收机干扰抑制算法,在强干扰环境下,需要借助信号处理技术在不增加信号带宽的条件下提高系统的抗干扰能力,以保证后续捕获跟踪模块有充足的处理增益。 本文在第五章给出了GPS接收机长码捕获以及干扰抑制的FPGA实现方案,并对各主要子模块进行了详细地分析。基本型接收机中长码捕获采用频域方法,选用Altera StratixⅡ EP2S180芯片实现;抗干扰型接收机中选用Xilinx xc4vlx100芯片。实现了各模块的单独测试和整个系统的联调,通过联调验证,本文提出的长码直接捕获方法正确、可行。 本文提出的长码直捕方法可以在不需要C/A码辅助捕获下完成对长码的直接捕获,可以应用于GPS接收机,监测站接收机的同步等,对我国自主研发导航定位接收机也有重大的现实及经济意义。
上传时间: 2013-06-18
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在数字通信中,采用差错控制技术(纠错码)是提高信号传输可靠性的有效手段,并发挥着越来越重要的作用。纠错码主要有分组码和卷积码两种。在码率和编码器复杂程度相同的情况下,卷积码的性能优于分组码。 卷积码的译码方法主要有代数译码和概率译码。代数译码是基于码的代数结构;而概率译码不仅基于码的代数结构,还利用了信道的统计特性,能充分发挥卷积码的特点,使译码错误概率达到很小。 卷积码译码器的设计是由高性能的复杂译码器开始的,对于概率译码最初的序列译码,随着译码约束长度的增加,其译码错误概率可达到非常小。后来慢慢地向低性能的简单译码器演化,对不太长的约束长度,维特比(Viterbi)算法是非常实用的。维特比算法是一种最大似然的译码方法。当编码约束度不太大(小于等于10)或者误码率要求不太高(约10-5)时,Viterbi译码算法效率很高,速度很快,译码器也较简单。 目前,卷积码在数传系统,尤其是在卫星通信、移动通信等领域已被广泛应用。 本论文对卷积码编码和Viterbi译码的设计原理及其FPGA实现方案进行了研究。同时,将交织和解交织技术应用于编码和解码的过程中。 首先,简要介绍了卷积码的基础知识和维特比译码算法的基本原理,并对硬判决译码和软判决译码方法进行了比较。其次,讨论了交织和解交织技术及其在纠错码中的应用。然后,介绍了FPGA硬件资源和软件开发环境Quartus Ⅱ,包括数字系统的设计方法和设计规则。再有,对基于FPGA的维特比译码器各个模块和相应算法实现、优化进行了研究。最后,在Quartus Ⅱ平台上对硬判决译码和软判决译码以及有无交织等不同情况进行了仿真,并根据仿真结果分析了维特比译码器的性能。 分析结果表明,系统的误码率达到了设计要求,从而验证了译码器设计的可靠性,所设计基于FPGA的并行Viterbi译码器适用于高速数据传输的场合。
上传时间: 2013-04-24
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当前我国正处在从模拟电视系统向数字电视系统的转型期,数字电视用户数量激增,其趋势是在未来的几年内数字电视将迅速普及。在应用逐渐广泛的数字电视系统中,监控数字电视服务正成为一种越来越迫切的需要。然而,目前对于数字电视并没有合适的监测仪器,因此无法及时方便地诊断出现问题的信号以及隔离需要维修的数字化设备。通常只有当电视屏幕上的图像消失时我们才知道数字信号系统出了问题。几乎没有任何线索可以用来找到问题的所在或原因,码流分析仪器在这种情况下应运而生。目前在数字电视系统的前端,通过监控了解数字视频广播(DVB)信号和服务的状况从而采取措施比通过观众的反映而采取措施要主动和及时得多。传输流(TS)的测试设备可使技术人员分析码流的内部情况,它们在决定未来服务质量和客户满意度方面将扮演更重要的角色。 本文着重研究了在DVB广播电视系统中,DVB-ASI信号的解码、MPEG-2TS的实时检错原理和基于现场可编辑门阵列(FPGA)的实现方法。文章首先阐述了数字电视系统的一些基本概念,介绍了MPEG-2/DVB标准、ETR101 290标准、异步串行接口(ASI)。然后介绍了FPGA的基本概念与开发FPGA所使用的软件工具。最后根据DVB-ASI接收系统的解码规则与MPEG-2TS码流的结构提出了一套基于FPGA的MPEG-2TS码流实时分析与检测系统设计方案并予以了实现。 在本系统中,FPGA起着核心的作用,主要完成DVB-ASI的解码、MPEG-2TS码流检错、以及数字电视节目专有信息(PSI)提取等功能。本文实现的系统与传统的码流分析仪相比具有集成度较高、易扩展、便于携带、稳定性好、性价比高等优点。
上传时间: 2013-06-04
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上传时间: 2013-06-20
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EDA卷积码编解码器实现技术针对某扩频通信系统数据纠错编码的需要, 构造并分析了(2 , 1 , 6) 卷积码编解码器的基本工作原理, 提出了基于MAX +
上传时间: 2013-07-18
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本论文主要对无线扩频集成电路设计中的信道编解码算法进行研究并对其FPGA实现思路和方法进行相关研究。 近年来无线局域网IEEE802.11b标准建议物理层采用无线扩频技术,所以开发一套扩频通信芯片具有重大的现实意义。无线扩频通信系统与常规通信相比,具有很强的抗干扰能力,并具有信息荫蔽、多址保密通信等特点。无线信道的特性较复杂,因此在无线扩频集成电路设计中,加入信道编码是提高芯片稳定性的重要方法。 在了解扩频通信基本原理的基础上,本文提出了“串联级联码+两次交织”的信道编码方案。串联的级联码由外码——(15,9,4)里德-所罗门(Reed-Solomon)码,和内码-(2,1,3)卷积码构成,交织则采用交织深度为4的块交织。重点对RS码的时域迭代译码算法和卷积码的维特比译码算法进行了详细的讨论,并完成信道编译码方案的性能仿真及用FPGA实现的方法。 计算机仿真的结果表明,采用此信道编码方案可以较好的改善现有仿真系统的误符号率。 本论文的内容安排如下:第一章介绍了无线扩频通信技术的发展状态以及国内外开发扩频通信芯片的现状,并给出了本论文的研究内容和安排。第二章主要介绍了扩频通信的基本原理,主要包括扩频通信的定义、理论基础和分类,直接序列扩频通信方式的数学模型。第三章介绍了基本的信道编码原理,信道编码的分类和各自的特点。第四章给出了本课题选择的信道编码方案——“串联级联码+两次交织”,详细讨论了方案中里德-所罗门(Reed-Solomon)码和卷积码的基本原理、编码算法和译码算法。最后给出编码方案的实际参数。第五章对第四章提出的编码方案进行了性能仿真。第六章结合项目实际,讨论了FPGA开发基带扩频通信系统的设计思路和方法。首先对FPGA开发流程以及实际开发的工具进行了简要的介绍,然后给出了扩频通信系统的总体设计。对发射和接收子系统中信道编码、解码等相关功能模块的实现原理和方法进行分析。第七章对论文的工作进行总结。
上传时间: 2013-07-07
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低压电力线通信(PLC)具有网络分布广、无需重新布线和维护方便等优点。近年来,低压电力线通信被看成是解决信息高速公路“最后一英里”问题的一种方案,在国内外掀起了一个新的研究热潮。电力线信道中不仅存在多径干扰和子信道衰落,而且还存在开关噪声和窄带噪声,因此在电力线通信系统中,信道编码是不可或缺的重要组成部分。 本文着重研究了在FPGA上实现OFDM系统中的信道编解码方案。其中编码端由卷积码编码器和交织器组成,解码端由Viterbi译码器和解交织器组成,同时为了与PC机进行通信,还在FPGA上做了一个RS232串行接口模块,以上所有的模块均采用硬件描述语言VerilogHDL编写。另外,峰值平均功率比(PAR)较大是OFDM系统所面临的一个重要问题,必须要考虑如何降低大峰值功率信号出现的概率。本文重点研究了三种降低PAR的方法:即信号预畸变技术、信号非畸变技术和编码技术。这三种方法各有优缺点,但是迄今为止还没有一种好方法能够彻底地解决OFDM系统中较高PAR的弊病。本论文内容安排如下:第一章介绍了课题的背景,可编程器件和OFDM技术的发展历程。第二章详细介绍了OFDM的原理以及实现OFDM所采用的一些技术细节。第三章详细介绍了本课题中信道编码的方案,包括信道编码的基本原理,组成结构以及方案中采用的卷积码和交织的原理及设计。第四章详细讨论了编码方案如何在FPGA上实现,包括可编程逻辑器件FPGA/CPLD的结构特点,开发流程,以及串口通信接口、编解码器的FPGA设计。第五章详细介绍了如何降低OFDM系统中的峰值平均功率比。最后,在第六章总结全文,并对课题中需要进一步完善的方面进行了探讨。
上传时间: 2013-04-24
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