（信号与信息处理专业论文）dvbc全数字qam接收机定时同步模块设计及verilog实现.pdf

电子科技大学硕士论文d v b c 全数字q a m 接收机定时同步模块设计及v e f i l o g 实现 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名：i 辈孽争日期：御牛年【 月节日 引菊珲 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名： 割麴堡 导师签名： 主，嗍珲 日期：铆牛年争月矸日 电子科技大学硕士论文d v b - c 全数字q a m 接收机定时同步模块设计及v e r i l o g 实现 摘要 本项目完成的是全数字d v b c 接收机中q a m 解调器的定时同步的算法设 计以及v e r i l o g 实现。整个解调器系统由频率同步，定时同步以及均衡器组成。 而定时同步子系统由内插器，滤波器，时钟误差提取，环路滤波以及n c o 等模 块构成。本文首先介绍了d v b c 系统的相关理论，然后简要阐述了设计中使用 的开发工具。在第四章，详细描述了定时同步的原理；第五章，介绍了在m a u a b 下进行算法设计及软件仿真的结果，并进行分析：在第六章，描述了定时同步模 块在q u a r t u s 下的v e r i l o g 实现。笔者在项目中完成的主要工作有： 阅读相关文献资料，了解系统整体原理。 与项目组成员合作制定系统框架，制定接口规范。 对定时同步模块进行算法设计，软件仿真，结果分析。 编写v e r i l o g 程序实现定时同步模块。 关键词：d v b c ，q a m ，定时同步 电子科技大学硕士论文d v b c 全数字q a m 接收机定时同步模块设计及v c r i l a g 实现 a b s t r a c t t h ed e s i g na n dv e r i l o gr e a l i z a t i o no ft h et i m i n g r e c o v e r yi nt h eq a m d e m o d u l a t i o no fa l l - d i g i t i z e dd v b - cr e c e i v e rh a sb e e nc o m p l e t e di nt h i sp r o j e c t t h e d e m o d u l a t i o ns y s t e mi n c l u d e st i m i n gr e c o v e r y , f r e q u e n c yr e c o v e r ya n de q u a l i z a t i o n t h es u b s y s t e mo ft i m i n gr e c o v e r yc o n s i s to fi n t e r p o l a t o r , t i m i n ge r r o rd e t e c t o r , l o o p f i l t e ra n dn c oc o n t r o l l e r i tr e a l i z e st h es i g n a ls y n c h r o n i z a t i o nb yg e t t i n gt i m i n ge r r o r a n df e e d b a c k st h e mt oc o n t r o lt h ei n t e r p o l a t o r i nt h ep a p e r , t h ep r i n c i p a lo fd v b - c t h e o r yi si n t r o d u c e df i r s t l y , t h e n ，t h es o f t w a r ea n dp l a t f o r mu s e di nt h ep r o j e c ta r e m e n t i o n e ds i m p l y t h et h e o r yo ft i m i n gr e c o v e r yi sr e c o m m e n d e dd e t a i l e di nt h e f o u r t hc h a p t e r i nt h ef i f t hc h a p t e r , t h ea r i t h m e t i cd e s i g ni nm a t l a ba sw e l la st h e s i m u l a t i o na n dt h ea n a l y s i sa r ed i s c u s s e d a f t e r w a r d s ，t h ev e r i l o gr e a l i z a t i o no f t i m i n g r e c o v e r yi sc o m p l e t e d w h a tp e n m a nh a v ed o n ei nt h ep r o j e c ta r el i s t e db e l o w ： r e 8 dp a p e r sa s s o c i a t e dw i t hm yp r o j e c ta n dg e tf a m i l i a rw i t hb a s i cp r i n c i p a l o f t h es y s t e m m a k ec l e a rt h ef l a m eo ft h es y s t e mw i t ht e a m m a t e sa n dm a k et h ei n t e r f a c e c r i t e r i o n c o m p l e t et h ed e s i g no ft i m i n gr e c o v e r yi nm a t l a b c a t t yt h es i m u l a t i o na n d a n a l y z et h er e s u l t r e a l i z et h et i m i n g r e c o v e r yi nq u a r t u s k e y w o r d ：d v b c ，q a m ，t i m i n gr e c o v e r y 4 电子科技大学酽士论文d v b c 全数字q a m 接收机定时同步模块设计及v e r i l o g 实现 第一章引言 自从美国的全数字h d t v 系统的研制取得成功后，确立了美国a t s c 标准，h d t v 己经从1 9 9 9 年1 0 月起在美开播。欧洲自9 3 年起不得不放弃研制h d m a c 的计划， 转向d v b 的开发研究，d v b t 在英国也从9 9 年开播。日本虽然仍然在广播m u s e 系统的节目，但是已经承认m u s e 系统己不适应今后电视向数字化方向发展的趋 势，并制定了i s d b 的实施计划。在这样的背景下，欧洲提出了数字视频广播规 划。该规划始于1 9 9 3 年9 月，已有2 5 个国家和地区的2 0 0 多加公司与组织参加 d v b 项目组，目标是制定欧洲的d v b 标准以尽早引入d v b 业务。参加者都是自愿 的，他们中有制造商，广播商，节目供应者，研究单位等。现在己制定d v b 的卫 星，有线电视和地面数字电视广播的技术标准( 即d v b s ，d v b c ，d v b t 等) 。 由于其通用性和公开性，现已为许多国家所采用。 1 1 数字电视发展概况 自从8 0 年代初开始，大规模集成电路，计算机，网络传输，卫星和光传 输等技术的革命，促使广播电视技术和业务飞跃发展。特别是进入9 0 年代， 广播电视新技术逐渐成熟，有关新设备的定位逐渐明朗。广播电视中心采用数 字信号处理，模块化结构，硬盘阵列播出，网络化传输，软件化管理和集中参 数监控。卫星广播基本采用d v b s 标准。有线电视采用h f c 网络，1 0 0 0 m h z 带宽，模拟和数字并用，非对称双向通路结构。技术的进步引起了广播业务及 服务方式的转变，业务的扩展推动了广播电视网络的发展。9 0 年代中期数字电 视技术首先在卫星和有线电视领域获得应用。目前地面开路数字电视播出也提 到日程上来。 8 0 年代末，我国就已开展了对数字电视的跟踪研究。国家“八五”，“九五” 有关h d t v 技术科技攻关项目都取得了重大成果。1 9 9 9 年又进一步研制开发了不 同制式的高清晰度电视的试验播出系统，在国庆5 0 周年的庆典中，成功进行了 高清晰度电视的转播试验。上述工作对推动我国数字电视技术的研究应用和数字 电视标准制定，促进我国广播电视事业和信息产业的发展打下了良好基础。 我国广播电视技术想数字化过渡已经取得了重大进展，广播电台和电视台随 电子科技大学硕士论文d v b - c 全数字q a m 接收机定时同步模块设计及v o r i l o g 实现 着技术设备配置更新和扩大，节目制作和播出的数字化进程正在加快，预计2 0 0 5 年前将完成想数字化的过渡；节目传送方面，随着全国卫星数字电视系统的建立， 全国有线电视干线网和各省有线电视网的建设，已基本实现了以卫星，光纤为主， 微波为辅的数字化传输系统。 i t u ( 国际电信联盟) 对电视广播标准的国际化做了详尽考虑，以下作一简 介。考虑到电视广播通用标准的许多优点，世界不同地区目前的研究状况，i t u 关于数字卫星和电缆系统的建议正取得一致意见，并且在世界的几个地区正在准 备数字地面电视的系统规范，世界各地现有的不同规划，市场和传送环境及其他 因素，也将会影响到系统的选择。从而建议适用于数字地面广播系统的世界通用 系列的要素应以下列各项为基础： a 系统的原则： 1 地面系统应当与其他的数字电视传送系统如卫星、电缆等有最大的通 通用性。 2 各个广播系统可以用透明的和灵活的方式传输m p e g 2 或其他的数据 业务。 3 复用结构应是m p e g 一2 传输流。 4 各系统允许复用。 5 接收机应能对在用的所有r sf e c 解码。 6 基础系统应是一个单层传输系统，能够传送一路h d t v 业务或几路常 规质量业务。 7 应当为业务信息和标题描述词系统提供实施方法。 b 基带编码原则 1 图像编码系统采用m p e g 2 图像编码系列，并且有能力使用主类和主 极( m a i np r o f i l e m a i nl e v e l ) 或更高级。 2 声音编码应采用i s o i e c1 3 8 1 8 3m p e g 一2 音频层或d o l b ya c - 3 的方 法。 3 应当设法制定使用与视频和音频编码系统特性的质量要求。基本的音频 编码技术规范只涉及句法，并且由于改进编码器设计而形成的质量改进 留有余地。应给出最低质量要求目标值并为那些建议的编码器特征提出 意见。 电子科技大学硕士论文d v b - c 全数字q a m 接收机定时同步模块设计及v e r i l o g 实现 c 调制和信道编码原则 所选择的调制和信道编码应当保证实现所要求的传送方案。 1 2d v b 发展 世界各地的政府和广播界均迈向数字式广播，他们都为今天和将来选用 d v b 广播技术。d v b 是在整个欧洲、亚太区及拉丁美洲成功推行的数码式广 播标准规格。d v b 不单是指一种规格，它是指拥有多种供应选择的开放系统， 可配合各种不同的产品，更可在各种卫星、有线和无线普通电视广播环境之间 互相运作。 d v b 标准是开放式的。在指导委员会批准下，d v b 规范被提供给e t s i ( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d si n s t i t u t e ) 后，通过e t s i e b uj t c ( e u r o p e a nb r o a d c a s t i n gu n i o nj o i n tt e c h n i c a lc o m m i t t e ) 进行标准化。它们也 被提交给i t u 。几种重要的标准己获得通过，1 9 9 5 年一月d v b s ( 卫星广播) 和d v b c ( 有线电视) 被e t s i 标准化，并且正式出版： d v b s 一- f i s3 0 0 4 2 1 d v b c 一一一一一e t s3 0 0 4 2 9 d v b - t 一e t s3 0 07 4 4 d v b 标准提供了一套完整的，适用于不同媒介的数字电视广播系统规范，其 周全的计划及广范的共识是其成功的关键。从一开始，大家就选定i s o i e c m p e g 一2 标准作为音频及视频的编码压缩方式，对信源编码进行了统一，随后对 m p e g 一2 码流进行打包形成传输流( t s ) ，进行多个传输流复用，最后通过卫星、 有线电视及开路电视等不同媒介传输方式进行传输。 d v b 标准的核心 系统采用m p e g 压缩的音频，视频及数据格式作为数据源 系统采用公共m p e g 一2 传输流( t s ) 复用方式 系统采用公共的用于描述广播节目的系统服务信息( s i ) 系统的第一级信道编码采用r s 前向纠错编码保护 调制与其它附属的信道编码方式，由不同的传输媒介来确定 9 电子科技大学硕士论文d v b c 全数字q a m 接收机定时同步模块设计及v e d l o g 实现 使用通用的加扰方式以及条件接收界面 d v b 意味着一个将来，由于有了高度清晰和标准清晰广播规格，加上有 了全新的资料传播、多种媒介和互动性能的频谱，令各界人士看电视和运用电 视机进行互动的方式有所改变，这一切都意味着一个令人兴奋的未来。 1 3 论文选题及论文结构 数字化技术体制提高了广播电视节目的技术质量，丰富了节目质量，提供了 广播，电视和综合数据业务的多媒体服务手段，扩宽了广播电视业务，给广播电 视提出了新的课题。即是：广播电视技术必须向数字化发展，广播电视业务必须 向综合服务体化发展，广播电视传输必须向网络化发展。 我国是有线电视发展最广泛的国家，在我国的城市和人口稠密的经济发达地 区，人们以有线广播电视和开路地面接收的方式收听收看广播电视。开展数字有 线电视业务，并利用数字有线电视技术开发多功能业务，将各种综合业务统一到 d v b c 技术体制上来。因此在我国，发展数字有线电视，是适合国情实现广播电 视向新技术体制过渡的最好形式。数字有线电视( d v b c ) 开发的最早。许多国 家的有线电视网开通了数字电视频道，凭借有线电视的宽带、低误码和双向传输 功能，在开通数字电视的同时，可以开展各种数据、互联网和多媒体业务。数字 有线电视已成为全世昴范围广播电视的热点。 本文是基于h d t v 教研室与成都天锐微电子公司在d v b - c 全数字接收机 o a m 解调芯片设计项目的工作而撰写的。目前，该项目已经顺利完成算法设计， 软件仿真验证及性能分析和v e t i l o g 实现。第二章主要介绍了d v b c 的系统构 成，第三章简单介绍了该项目使用的开发平台，第四章介绍了定时同步的原理 及算法，第五章介绍了软件仿真及结果验证，第六章介绍了在q u a r t u s 下的 v e r i l o g 实现。通过本文读者可基本了解定时同步的基本原理，软件仿真的流 程以及v e r i l o g 实现的步骤。 电子科技大学硕士论文d v b c 全数字q a m 接收机定时同步模块设计及y e r i l o g 实现 第二章d v b c 系统 2 1i v b c 系统 下图是一个经典的有线电视系统框图。 图2 1d v b c 系统框图 d v b - c 标准针对的业务是有线电视( c a t v ，c a b l et v ) 系统，它规定从基带 数字电视信号到c a t v 信道之间的适配方法，即信道编码及调制方法。它的输入 数字信号可以是卫星接收到的节目，分配链路传来的节目或本地节目。它的系统 框图如图2 1 所示。 在d v b - c 系统中，采用r s 码来进行前向纠错，并采用交织来抗突发误码。 信道编码的许多部分采用了与d v b s 相同的方法。输入接口部分保证向系统输入 的信号格式与m p e g 一2 传输复用输出的帧结构相同。然后输入的信号要进行随机 化处理，再经过r s 编码，交织，这些步骤与d v b s 相同，采用的方法也与d v b s 相同，即在经过交织后，这里的信号帧格式与d v b - s 的帧格式完全兼容，这一点 便于将按d v b s 标准的卫星节目解调和进行内码解码后直接用于c a t v 广播。 电子科技大学硕士论文d v b - c 全数字q a m 接收机定时同步模块设计及v e r i l o g 实现 c a t v 的传出环境相对比较可靠，因此，在d v b c 中不再采用内码，以提高 传输效率，而且调制方式也改用正交幅度调制( q a m ，q u a d r a t u r ea m p l i t u d e m o d u l a t i o n ) 。 下面，对系统中的各个部分进行介绍。 2 2 同步取反和能量扩散 为更好地抗干扰，对锁定的码流进行能量扩散，这实际上就是对输入的数据 进行伪随机化处理，使序列中无长串的连“l ”或连“0 ”出现，这样，一方面可 以减轻对其他信道的干扰，另一方面也便于从码流中提取时钟信号。在可能出现 码流中断时为平衡信道及系统的同步，进行了加空包处理。m p e g - - 2 复用器 ( m u x ) 的码流以数据包的形式送入信道，其格式如图2 2 所示。 图2 , 2 数据包格式 一个数据包内包含一个同步字节s y n c ，18 7 个数据字节。同步字节为4 7 h ， 传送时以m s b 开始，即从同步字节的“0 ”( 0 1 0 0 0 1 1 1 ) 开始送入。在信道中可 通过滑动校验同步字节s y n c 即可获得码流的同步锁定，从而去除数据码流的抖 动。对码流的伪随机化处理可由伪随机二进制序列p k b s ( p s e u d or a n d o mb i n a r y s e q u e n c e ) 与码流数据异或完成。p r b s 由以下生成多项式产生： g ( x j = 1 + x 1 4 + x 1 5 ( 2 1 ) 伪随机序列发生器中寄存的初始化序列为1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 ，每8 个传送包 进行初始化。其原理图如图2 3 所示。 电子科技大学硕士论文d v b c 全数字q a m 接收机定时同步模块设计及v e r i l o g 实现 10 0 1 01010000000 原始，随机化输入 圈2 3 能量扩散电路框图 为便于接收端的解扰，对每8 个传输包的第一个包的同步字进行求反处理。 即由s y n e = 4 7 h 到s y n c = b 8 h ，伪随机化是从8 个数据包的同步字节s y n c 后的 第一个b n 开始进行，但在随后的7 个数据包的同步字节，伪随机序列发生器输 出禁止，让同步字节通过。这样，p r b s 的周期为1 5 0 3b y t e 如图2 4 。当输入码 流中断或不是m p e g - - 2 码流格式时，p r b s 继续进行，只要插入同步字节即可 完成加空包处理，而在接收端可识别全零的空包并将其删除。 匣卫盈豇垂匿匝卫盛豇垂匿 2 3r s 编码 圈24随机传送包：m 步字节和 ；豇机化数据字节 一般来说，由于数字信号在传输过程中受到干扰的影响，故传输到接收端后 可能发生错误判决。由信道乘性干扰引起的码间干扰可以由均衡的办法纠正，而 由信道加性干扰引起的问题，需采用差错控制的方法。 常用的差错控制的方法由三种方法： 一一 电子科技大学硕士论文d v b - c 垒数字q a m 接收机定时同步模块设计及v e r i l o g 实现 1 纠错重发法。接收端在收到的信码中检测出错码时，通知发送端重发，直 到正确收到为止。检出错误指在接收的码元中知道有一个或多个错，但不 需知道错码发生的正确位置。采用这种方法需要具备双向信道。 2 前向纠错法。在接收端不仅能发现错码，还能纠正错码。不需反向信道， 也不存在由于反复重发而延误时间，实时性好。但是纠错设备比检错设备 复杂。 3 反馈校验法。接收端将收到的信码原封不动的转发回发送端，并与原发送 信码相比较。如果发现错误，则发送端再进行重发。这种方法原理和设备 都较简单，但是需要双向信道，且每一个码都重发了两次，所以传输效率 较低。 在信息码元序列中加入监督码元就称为差错控制编码，也称为纠错编码。纠 错编码是以降低传输速率为代价来换取传输可靠性的提高。 r s 编码是一种纠错编码，用于前向纠错。在编码的字中加入冗余字节以帮 助进行错误校验，r s 编码是一类具有很强纠错能力的多进制b c h 码。它首先由 r e e d 和s o l o m o n 提出，故简称为r s 码。 r s 码由两个数表示，n 表示码长，k 表示消息字节的长度，n k 表示校验字 节的长度。r s 码的错误校验能力是与其码字中的冗余校验符号相关的。一般来 说，每个码字中有2 t 个校验符号的r s 码，可以在每个码字中纠正直到t 个字节 的错误。更高的冗余率允许更多的错误可以被纠正，其中2 t 等于n k 。当个 码字中有不超过t = ( n k ) 2 个字节错误发生时，r s 编码可以纠正所有的字节 错误。所以r s 编码特别适用于存在突发错误的信道。 d v b c 系统中信道编码采用由原体系的r s ( 2 5 5 ，2 3 9 ，t - - 8 ) 码衍生的缩短的 s e e d s o l o m o nr s ( 2 0 4 ，1 8 8 ，t = 8 ) 码，加到每一个随机化的传送包上，以产生一 个误码保护包，r s 编码同样加到非倒相( 4 7 h ) 或倒相( b 8 h ) 的包同步字节上 ( 见图2 5 ) 。在r s ( 2 5 5 ，2 3 9 ，t = 8 ) 码编码器输入端前信息字节前，可增加5 】个0 字节来实现收缩的r s 码。经r s 编码程序之后，再将这些无用字节删除而产生 n = 2 0 4 字节的r s 码字。 电子科技大学硕士论文d v b - c 全数字q a m 接收机定时同步模块设计及v e f i l o g 实现 随机化数据奇偶校验字 s y n c n 1 8 7 b y t e节1 6 b y t e s 图2 5r s 包结构 码生成多项式： g f x j = r x + j r x + 爿) r x + 妒j r x + 五1 5 ， 域生成多项式： p f x j = x 8 + x 4 + x 3 + x 2 + 1 其中五= 0 2 h e ： t i c f o ri = i ：1 ：1 9 9 5 2 q a m ( 1 ) = 1 2 ( 1 ) * c o s ( f d * p i * 1 ) 一q 2 ( 1 ) * s i n ( f d * p i * 1 ) ： e n d e l a p s e d t i m e = 1 9 6 3 如果采用向量化的方法，则可以得出下面结果。 t i e ，m = l ：1 ：1 9 9 5 2 ， q a m ( n 1 ) = 1 2 ( m ) * c o s ( f d * p i * m ) 一q 2 ( m ) * s i n ( f d * p i * m ) ： e l a p s e d t i m e = 1 5 6 3 可以看出，采取向量化的方法比常规循环运算效率要高得多。 ( 2 ) 在必须使用多重循环的情况下，如果两个循环执行的次数不同，则建议 在循环的外环执行循环次数少的，内环执行循环次数多的，这样也可以显著 提高速度。由于篇幅关系，在此就不举例了。 大型矩阵的预先定维 给大型矩阵动态地定维是个很费时间的事。建议在定义大矩阵时，首先用 m a t l a b 的内在函数，如z e r o s o 或o n e s 0 对之先进行定维，然后再进行 赋值处理，这样会显著减少所需的时间的。在本项目的软件仿真中，在涉及 到矩阵的计算赋值时，都用z e r o s0 先进行定维处理了。 优先考虑内在函数 矩阵运算应该尽量采用m a t l a b 的内在函数，因为内在函数是由更底层的编 程语言c 构造的，其执行速度显然快于使用循环的矩阵运算。 采用有效的算法 在实际应用中，解决同样的数学问题经常有各种各样的算法。例如求解定积 分的数值解法在m a t l a b 中就提供了两个函数q u a d ( ) 和q u a d 8 ( ) ，其中后 电子科技大学硕士论文d v b c 全数字q a m 接收机定m j l r 步模块设计及v e r i l o g 实现 一个算法在精度、速度上都明显高于前一种方法。所以说，在科学计算领域 是存在“多快好省”的途径的。一个方法不能满足要求，可以尝试其他的方 法。 3 2q u a r t u s 发展历程和介绍 众所周知，a l t e r a 公司是世界上最大的可编程逻辑器件供应商之一，它不 仅提供出色的芯片，包括m a x 7 0 0 0 s a e ，m a x 3 0 0 0 a ，f l e x l o k e a c e x l k ，以及 最新的s t r a t i x 系列和c y c l o n e 系列，同时它还提供了现代化的设计工具。 m a x + p l u sl l 普遍认为是最优秀的p l d 开发平台之一，适合开发中小规模 p l d f p g a 。而自从a l t e r a 公司发布q u a r t u s i i 设计软件以来，q u a r t u s i i 一直在 不断发展完善中，业界普遍认为q u a r t u si i 设计软件是新一代f p g a p l d 开发软 件，适合新器件和大规模f p g a 的开发，将逐步取代m a x p l u s i i 。下面简单介绍 一下q u a r t u ri i 设计软件。 a l t e r a 公司于2 0 0 2 年二月发布了新的q u a r t u s i i 版本的设计软件，比起以 往的设计软件，它包括新的功能，设计性能改善1 5 ，编译时间缩短5 0 ，同 时，它还最小化了耗时的验证过程，帮助设计者加快可编程芯片( s o p c ) 设计。 具体说来，它有如下特性： 支持乘积项器件，a l t e r aq u a r t u si i 软件的m e g a f u n c t i o n 提供了多种 d s p 模块操作模式。每一d s p 模块可针对不同的应用，通过选择合适的 d s p 模块操作模式，实现8 个9 9 位乘法器、4 个1 8 1 8 位乘法器或 一个3 6 3 6 位乘法器。当配置为3 6 3 6 位乘法器模式时，d s p 模式还 可实现浮点算法。专用的乘法器电路支持带符号和不带符号乘法操作， 并可在不带来任何精度损失的情况下，动态地在两种运算之间切换。 软件体积缩小，运行速度加快。采用快速适配选项缩短编译时间q u a r t u s i i2 0 增加了一个新的快速适配编译选项，选择中这个选项，将会比缺 省设置要缩短5 0 的编译时间。快速适配功能保留了最佳性能的设置， 加快了编译过程。这样布局适配算法反复的次数更少，编译速度更快， 对设计性能的影响最小。 增加c g i 功能，更友善的人机界面，将编译模式，仿真模式，软件模式 统一到一起。将编译模式，仿真模式，软件模式统一到一起。新的 电子科技大学硕士论文d v b c 全数字q a m 接收机定时同步模块设计及v e r i l o g 实现 a s s i g n m e n te d i f o r 菜单，可以在友好的表格界面中，进行所有资源分 配和所有约束设置。新的r e m o v ea s s i g n m e n t 窗口，可以方便删除各种 不同的设置。提供一个新的m e m o r yc o m p i l e r ，可以在m e g a w i z a r d p l u g i nm a n a g e r 的界面中更方便的生成各种类型的m e m o r y 图3 1q u a r t u s 界回 上图即为q u a r t u s 界面，其中上方两排为工具栏，右边为文本编辑器，它的 左上方为项目文件管理器，左下方为编译器。 在q u a r t u s 编写v e r i1 0 9 程序时，设计者主要是根据v e r i l o g 的语法规则， 对系统目标的逻辑行为进行描述，然后通过综合工具进行电路结构的综合、编译、 优化，通过仿真工具进行逻辑功能仿真和系统时延的仿真。在此，简单介绍一下 在v e r i l o g 设计中如何简化电路结构，优化电路设计的一些方法。 l _ 在用v e r i i o g 进行设计中要注意避免不必要的寄存器描述。 用v e r i l o g 进行设计，其最终综合出的电路的复杂程度除取决于设计要求实 现的功能的难度外，还受设计工程师对电路的描述方法和对设计的规划水平的影 响。最常见的使电路复杂化的原因之一是设计中存在许多本不必要的类似 电子科技大学硕士论文d v b * c 全数字q a m 接收机定时同步模块设计及v e r i l o g 实现 l a t c h 的结构。而且由于这些结构通常都由大量的触发器组成，不仅使电路更 复杂，工作速度降低，而且由于时序配合的原因而导致不可预料的结果。因此在 进行设计时，要避免不必要的寄存器描述。 2 在编写程序前要先对整个设计进行较深入的了解和科学的划分设计，多 设想几种方案，再进行比较，用多个较少位数的单元取代较多位数的单元。 对设计规划的不合理也会引起电路复杂化。虽然v e r i l o g 语言能从行为描述 生成电路，但一个完整的设计一般来说都不可能由直接描述设计的目标功能来实 现的。总要把设计分成若干部分，每一部分再分别描述其行为。这就涉及到如何 划分功能模块的问题，要求对设计了解的较深入，才能使划分更有效，才能降低 电路的复杂程度。并且在编写v e r i l o g 程序时，针对一个特定的功能，总有几种 不同的实现方式，这时要对不同的实现方法进行分析，从而选择一个最佳的方法 进行模块的设计。 3 馒用宏模块 当在v e r i l o g 中使用算术逻辑、关系逻辑等通用逻辑结构时，多数e d a 开发 软件及专用综合工具通常包含针对特定工艺的优化宏模块供选择，从功能上可分 为时序电路宏模块、运算电路宏模块和存储器宏模块，具有很高的执行效率，使 得综合结果面积更小、频率更高、所需编译时间更短。0 u a r t u s 就提供了乘法器， 乘加器以及同步及异步存储器等宏模块，可以优化设计。当然，它们是针对特定 工艺的，这将使v e r i l o g 程序依赖于具体的器件系列，影响移植性。 电子科技大学硕士论文d v b c 全数字q a m 接收机定时同步模块设计及v c r i l o g 实现 第四章定时同步原理 4 1q a m 接收机结构 传统的q a m 接收机，载波信号的频谱搬移是在模拟域上实现，接收机中模 拟电路较多，调试繁琐，并且性能不理想。一般的数字化q a m 接收机，高频调 谐器的输出信号先经过一个混频降至低中频，由a d 采用后再进行后端处理。 这种接收机的载波恢复是数字化实现的，而符号同步是由后端的数字同步环路反 馈调整a i d 采样时钟来实现。这种方法的优点是对q a m 信号直接进行中频采样， 数字域上进行下变频，匹配滤波，载波恢复等处理，可避免传统的q a m 接收机 过多的模拟处理环节和i ，q 幅度失衡等问题。但是，这种接收机仍然存在模拟 环路，a d 采样仍需要在数字处理部分产生误差信号反馈到v c o ( 或v c x o ) 来进行调整，从而限制了接收机所能工作的符号率范围。并且，该接收机仍存在 一级模拟混频，会给实现带来不便。 本项目中实现的q a m 接收机，载波恢复，定时同步等环节均在数字域上实 现，采样时钟振荡于固定频率，不需要进行反馈控制，高频调谐后的信号直接经 由a d 采样( 欠采样) ，这样实现了接收机的全数字化，从而使调试更加方便， 有利于系统性能的提高。 图4 1q a m 接收机结构 项目中实现的q a m 接收机如上图所示，主要包括以下几个部分。 ( 1 ) a d 采样 电子科技大学硕士论文d v b c 全数字q a m 接收机定时同步模块设计及v e r i l o g 实现 在进行系统分析时，根据欧洲数字有线电视的标准，高频头输出的中频信 号标称值为3 6 1 5 m h z ，带宽为8 m h z 。因此频带范围是3 1 7 5 m h z 4 0 1 5 m h z ，若采 用低通采样，则最低需要8 0 3 m h z 的采样率，实际中难以实现。但是，根据带通 采样定理：一。个频带受限信号，其频率限制在( ，厶) ，如果其采样率工满 足：正= 丢岛，其中兀= 五 立为中心频率，n 取能满足工2 b ( b 为带宽) 的最大正整数，那么用z 进行等间隔采样所得到的信号采样值能准确恢复原信 号。 此处，厶= 3 6 1 5 m h z ，我们取n - - - - 2 ，那么计算得出工- - - - 0 8 牢 = 2 8 9 2 m h z 。 ( 2 ) 载波恢复模块 收发端的本振时钟不精确相等，或者信道特性的快速变化使得被传送信号偏 离其中心频谱，都会导致下变频后的“基带信号”中心频率偏离零点。同时，信 号的相位在传输中也会受到损害。其来源有：有线信道的时变特性、高频头的宽 带滤波器、下变频电路、接收端自适应均衡器的步长噪声等，都会引起信号的相 位抖动。需要载波恢复模块把伪基带信号搬移至基带，同时跟踪该基带信号的相 位。 中频输出的信号如果为3 6 1 5 m h z ，没有偏移，那么a d 采样后，频谱发生搬 移，信号就具有w = 至三皇衾= 三蠢箬= o r 5 万的中心频率分量，此 时若用数字频率o 5 万去进行解调，那么解调后的信号就为基带信号。但是中频 输出往往不固定在标称值，因此采样后，信号的中心频率分量在0 5 石附近，所 以解调后还有一个小频差，就需要载波恢复模块来解决。 在载波恢复模块中，首先用频率检测环路( f d ) 对接收信号进行载波频率恢 复，即图中的一次解调，此时环路工作于捕获模式，当f d 锁定后( 通过频率锁定 检测器实现) ，环路切换进入跟踪模式，i ，q 两路信号通过相位频率检测器( p f d ) 计算载波的相位误差，再进行第二次解调，对信号进行频率微调和相位跟踪。 ( 4 ) 定时同步模块 由于采样时钟是固定的，无法自身调节使得与输入信号同步，因此，需要通 过定时同步模块达到速率转换，产生同步的信号。 电子科技大学硕士论文d v b - c 全数字q a m 接收机定时同步模块设计及v e r i l o g 实现 ( 5