地面數字電視國標中調制器的設計與實現

任彥霖

摘 要：本文首先詳細地研究了中國數字電視地面傳輸標準（簡稱國標），以及支持全模式下的低復雜度調制器的硬件實現方案。然后在總體考慮了系統的實現目標以及功能等問題之后，設計實現了地面數字電視調制器的硬件平臺。對于硬件平臺以及調制器的硬件程序的調試進行了解釋說明。最后本文對電路的實現過程中遇到的問題以及解決的方法進行了詳細總結。

關鍵詞：數字電視；調制器；硬件平臺

1 中國數字電視地面傳輸標準

1.1 數字電視的現狀

當今社會，世界各國都特別關注對于數字電視領域的研究和開發，而我國作為數字電視的產量與銷量大國更要重視這一重要行業的發展。因此我國政府為了制定具有完全自主知識產權的有關標準進行了全局性的組織和規劃，同時制定了我國自己的地面數字電視傳輸標準。

目前，全球共有三種數字電視地面傳輸系統方案成為了國際標準。包括美國ATSC歐洲DVB-T和日本ISDB-T，其中DVB-T和ATSC兩套標準占主導地位。

1.2 數字電視地面傳輸中國標準的制定

我國廣播電視的主管單位和國家廣電總局共同組織我國的相關專家制定了數字電視和數字清電視的標準，其中包括數字衛星傳輸標準和數字有線電視傳輸標準等數十項關于數字高清電視和數字電視地演播室標準。融合了清華大學的多載波方案和上海交通大學的單載波方案的《數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制》已經于2006年8月18日被批準正式通過，并于2007年8月1日起實施。國標不僅可以支持單載波，同時也支持多載波；在8M Hz的電視帶寬之內能夠傳輸32Mbps的固定速率或者24Mbps的可移動速率；國標支持開展標清電視業務以及高清電視業務；標準支持包含固定接收與移動接收在內地多種接收模式。

2 調制器硬件平臺和系統的設計

2.1 設計目標以及功能要求

本硬件平臺要求能夠在電路板上完整地實現整個數字電視發射端編碼調制的功能，其中包括信源的輸入，數據處理以及信號輸出的各個部分。另外，還要設計電源和電路，測試以及下載電路等等。數字電視的標準繁多，但是基本的結構是很類似的，為了能夠有效地利用該硬件平臺，我們應將該提高平臺的通用性，讓平臺既能達到中國數字電視標準，也可實現DVB-C、DVB-H和DMB-T等標準的調制器，使數據既可通過ASI或者SPI接口進行輸入，也可通過USB接口進行輸入。

2.2 系統分類

根據解調器系統設計的目標和功能要求，可以將系統大致的分為六大部分：⑴數據處理部分：系統的數據處理部分全部集中在FPGA的內部，因為交織部分所需的RAM資源較大，而FPGA內部的RAM不夠用，因此在FPGA的外部放置了一個較大容量的RAM芯片。⑵供電部分：本硬件平臺不僅有模擬部分，還有數字部分，所需的電壓種類也很多，并且FPGA內核的耗電量較大，尤其是在上電瞬間電流非常大，因此供電這一部分的設計很繁雜。⑶接口部分：為了方便解調器在各種情況下都能夠使用，本平臺既可以以SPI格式進行輸入和輸出數據，又有ASI接口電路，可以將輸入的ASI格式的數據轉換成SPI格式的TS數據流然后輸入，另外還可以通過USB接口從電腦上輸入TS流數據。⑷程序下載以及控制電路：可以為FPGA設計JTAG和AS兩種下載方式，調試電路的時候通過JTAG接口下載，當程序不需改動時則通過AS接口把程序下載在片外的FLASH里，這樣以后通電后就能夠自動加載程序，而不用每次上電都重新下載。⑸模擬電路部分：這一部分設計兩路輸出，一路的基帶信號經過D/A變換之后放大輸出，另外一路在數字變頻處理以后對信號進行放大再輸出。⑹調試電路部分：若要方便調試，在板子上還應放置測試排針、開關和LED指示燈等。

3 調制器的調制與實現

3.1 硬件平臺的調試

電路板最關鍵的部分就是供電部分，對電路的調試必須從電源開始。首先查看電路板上元件的焊接是否正確，其中特別要測注意是否有短路情況的發生。然后測試電源模塊的輸入是否準確，如不夠準確則應旋轉微調螺釘將其調整精確，最后調試電平轉換芯片，看其輸出能否達到要求。

下載部分的電路將是電路板成型以后最常用的部分，因此這一部分電路一定要特別穩定可靠。首先要檢查下載電路中有沒有漏焊、虛焊或者錯焊的情況，然后再編寫一個簡單程序，并通過JTAG口下載到電路板上，測試輸出的信號是否正常。

3.2 調制器硬件程序的調試

作為組成調制器的重要部分，編碼的電路必須能夠流水處理，實現線性時間編碼；

基于比特的編碼電路，所編出來的碼字不能存在誤差問題，必須保證是準確無誤的；編碼電路必須要能夠在系統所要求的各種時鐘速度下穩定地進行工作，即保證編碼器的工作時鐘不能低于系統所要求達到的最高工作時鐘。

無論BCH編碼還是LDPC編碼，我們都是采用線性編碼的方法，將數據串行輸入，當信息位的輸入完成時，校驗位恰好完成全部編碼。雖然編碼器的輸入與輸出時鐘是一樣完全的，使編碼增加了校驗位，導致數據的有效長度變長，但是我們所采用地信號結構在每一幀數據之后都留了空位，編碼以后只能填充一部分空位，因此足以完成線性編碼，并且保證電路有充裕的時間可以進行復位操作。

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