（通信与信息系统专业论文）dvbt单频网适配器及组网关键技术.pdf

摘要 本文首先介绍了数字电视系统，然后比较了d v b t 系统组建发射勰络的两种 方式，重点分橱了单频网方式的特点、优势和要求。在此基础上确定了我们的单 频鞘主适配器的设计方案。在合理分解功麓的基确上，完藏戳d s p + f p g a 为主薅 的邋配器硬件平台。完成d s p 码流信息分析程序、通信程序编写调试，完成f p g a 内帮鹤滚分鼹、码攀适配、m i p 加入、羚戮嚣 孛接翻等电路模块豹设计调试，逶 配器工作稳定。同时在研究比较现肖的多种场强预测方法熬础上，对其中性能优 越的h e u r i s t i cs l o p eu t d 方法进行改造，使其适于在区域粳盖预测中使用。最后 对擎颓丽鬣，l 、代谕缀溺遴雩亍婿究，在对多耱现有方法进 亍镑奏毙较鹣基确上，给 出了种针对问题特性改进的模拟遐火法，仿真表明该方法求解最优解的饿能更 好。 关键词：d v b t 单频网单频网适配器覆盖预测最小代价组网 a b s 零& a c t i nt h i st h e s i s 。w ef i r s ti n t r o d u c et h ed i g i t a vs y s t e m , t h e nc o m p a r et w o w a y si n w h i c hd v b ts y s t e mc a ns e tu pl a u n c h i n gn e t w o r k ：m u l t i p l ef r e q u e n c yn e t w o r ka n d s i n g l ef r e q u e n c yn e t w o r k e m p h a s e sh a v e b e e np u to n t h e a n a l y s i so f t h e c h a r a c t e r i s t i c ，a d v a n t a g ea n dr e q u e s to f t h es i n g l ef r e q u e n c yn e t w o r k t h e nw ed e f i n e d o u rs c h e m eo fh o s ta d a p t e rf o rs i n g l ef r e q u e n c yn e t w o r ks y n c h r o n i z a t i o n a f t e r d i v i d i n gt h ef u n c t i o nr a t i o n a l l y , w eh a v ea c c o m p l i s h e d t h eh a r d w a r ep l a t f o r mo ft h e a d a p t e rc o m b i n i n gf p g a a n dd s p 。w h a v ef i n i s h e dp r o g r a m m i n ga n dd e b u g g i n g t h ed s pp r o c e d u r e sw h i c ha n a l y z et h eh f f o r m a t i o no ft h ei n p u t 秘p e 2s t r e a ma n d c o m m u n i c a t eb e t w e e nt h em i c r o c o n t r o l l e rd s p w ea l s oh a v ef i n i s h e dt h ek e ym o d e l s i nf p g ai na l b l o c k si n c l n d i n g ：s t r e a ms p l i t ，s t r e a n lr a t ea d a p t i o n 。i n s e r t i o no fm i p a n di n t e r f a c e 幻t h ep e r i p h e r a to u t n d ef p ( 後o nt h eb o a r ds u c ha sd s pa n d m i c r o c o n t r o l l e r a f t e rt h e s ee f f o r t st h ea d a p t e rw o r k sw e l l b e s i d e st h ew o r k a b o v e ，b a s e do nt h e s t u d y i n ga n dc o m p a r i s o no fm a n yk i n d so fe x i s t i n gf i e l dp r e d i c t m e t h o d s w em a k es o m ea d a p t n i o nt ot 1 1 ei m p r o v e dh e u r i s t i cs l o p eu t dm e t h o df o r m u l t i p l e e d g et r a n s i t i o nz o n ed i f t 苗a c t i o nw h i c hh a ss u p e r i o rp e r f o r m a n c ea m o n gt h e m i ns p e e da n da c c u r a c i e st om a k ei ts u i t a b l ef o ra r e ac o v e r a g ep r e d i c t i o n a tl a s tw e s t u d yt h ep r o b l e mo fs e t t i n gu pt h es i n g l ef r e q u e n t l yn e t w o r km e e t i n gt h eo u t a g e c o n s t r a i n t sw i t hm i n i m u mc o s tw h i c hi sa no p t i m i z a t i o np r o b l e mw i t hl a r g es c a l e s ，o n t h eb a s i so fc a r r y i n go ne m u l a t i o no nm a n yk i n d so fe x i s t i n gm e t h o d ss u c ha si o c a l s e a r c ha n dt h ec o m m o ns i m u l a t e da n n e a l i n g ，w eg i v eo n ea d a p t e ds i m u l a t e da n n e a l i n g a l g o r i t h m sw h i c hd v et h eb e s ts o l u t i o ni nt h ee m u l a f i o n s 。 k e y w o r d ：d v b ts i n g l ef r e q u e n c yn e t w o r k s f na d a p t e rc o v e r a g ep r e d i c t i o n m i n i m u mc o s tn e t w o r k 刨薪性声明 y 10 0 s 0 3 7 本人声明所呈交的论文怒我个人在导黟攫导下遴嚣的磺究工作发取褥鹣疆究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含獒他人已经发表或撰写过螅磅究成果；也不包含为获德殛安电予科技大学或 其它教育机掏的学位或证书丽使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学饿论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 瑾丕 f 1 期 叠塑盎厶z 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关傈馏和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期闻论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文躐使用论文工作戚采时溪名单德仍为西安电子科技大学。学 校有权保留邀交论文的复印件，允影 ：查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部 或部分内容，硝以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文在 解密后遵守此规定) 本学位论文属予保密在j l 年解密后使奔l 本授权书 本人签名： 导f 币签名： 塑盗 囊簋 日期 h 赣 j 砷 知峙肇“s 第一章绪论 第一章绪论 1 1 电视系统发展 一个完整的电视系统包括从景物信息的摄取到景物信惑再现的全过程从模 拟电视发震到数字电视，这个过程的各个环节都发生了显著的变化。下面对模拟 地面电视系统和数字地面电视系统进行比较。 模拟毫视系统典型结构如下。 图1 。1 模拟电视系统的结构框图 在模拟电视系统中，原始信号直接以磁带等方式保存。电视台献各个来源的 视频信号中选取一路，经过图像加工器送至图像发射挑，在双工器中和来自伴音 发射机的伴音信号合成，送至发射机以调幅或调频方式发送。 数字电视系统的典型续构如下： 节爵滞l 韭务复甩和传送 视频子蒜统 f 税额驻缩编码 音额于最缆 - 瓣l -倒埘 f i = 业务 j 音频压缩犏码 复用 前日潭2 卜- 圈i 2 数字电视系统的结构框图 该系统电三个子系统组成 l 信源编码、压缩予系统包括视频、音频_ 和辅助数据处理子系统，目的是将 表示视频、音频所需的比特数降到最低。 工创杉 工创 乙 2 d v b 。t 单频网适耀器及纽嘲关键技术 2 业务复用和传送子系统，包括将视频、音频等数据流分成数据包然后把静 静数包复耀嚣擎个数据流土疆及涛多数据滚复鬻鞠一个数器瀛，这个系统要究 分考虑数字媒体阃的互操作性。 3 瓣频簧输子系绕宠残落遂绫弱与调割，在数据浚中燕入绸镶编码绩惑，提 供适合传输信道的调制方式。 毙较嚣者霹发瑷，壤攘毫巍系统终缀婕信号囊接镄络，失粪窝杂波在传羲强 处理过程中存在潜积累现象，在经过长距离传输后或多次转发盾，信号质量会溉 逡下降；数字电援垮愿贻售号数字讫、藤壤压菇传辕，臻羝了传竣需要整宽虽经 过多次处理后，其质量几乎保持不变。这样使观众接收副更清晰的节目，同时也 为数字彀援静复粥提供了基秘。 模拟电视同一节目视音频分别传输，不同节目不能混合传。而数字电视将视 蠢频秘骥助信号食路后馋竣，且不固节露可通过篱单的协议戴可默复用传竣，传 输媒质上可以通过光纤嘲、a t m 等现有数字网络传输，在节目传送过程中有很大 皎灵活性。 模拟电视系统没有专门的信道处理单元，一般采用调幅调频，对干扰敏感。 数字电毒霓系统设窝信道调制器，在信号中加上了纠错码幂其他抗信遒噪声、抗于 扰、抗多径等保护措施，对噪声不敏感，在较宽的信号予扰眈内，可以实现无镨 传输。这在组建发射网上提供了较大便刹，比如模拟网同一服务区内，邻频禁用， 而数字网没有这种限制。另一方面，在相同频带范围内，数字倦输的信息量高予 模拟电视。因此数字系统的频带利用率要远高于模拟电襁系统。 数字电视系统的大部分器件处理的信号都为数字信号，更容易集成，相应的 成本也会随着大规模的生产急剧下降，因此数字电视系统的成本也会比模拟电视 系统低。 综合以上优势，数字电视系统必将取代模拟电视系统。 在臻有的数字电视系统中，典型的青美雷的a t s c 系统，欧淄的d v b t 系统， 日本的i s d b 系统【8 j 。这三个系统在信源方面都傥用m p e g 2 标准。在信道方蕊 a t s c 为攀载波璃籁，其余两个系统为多载波方式。在应用茹震方面，d v b 褥剿 了欧洲国家及澳大利亚、新加坡镩国家的支持，研究比较充分，有完整的标准体 系。我誉瓣模撅电视系统鞠酸溺静钵翻较为类强，在数字龟褫系统方瑟瞧有类整鬟 之处，因此下面将主要介绍d v b 系统。 第一章绪论 1 2i ) v b 介绍 d v b 标准是欧洲d v b 缀织联合开发的制式，主器分成三大类：d v b s 、d v b 。c 和d v b t 。其中d v b s 和d v b c 已经成为了全球卫星和蠢线数字电视的髂输标 准。d v b - t 系统用于在地面v h f u h f 广播信道一 二传输标准数字电视和h d t v 节 联。d v b 系列技术兢范包含了数字逛视广播的每一方蔼。 d v b 信源编码标准包括t r l 0 11 5 4 、t r t 0 12 1 1 、e n3 0 0 4 6 8 等。 d v b 条件接收帮熟密方露熬掭礁篷旗e t r2 8 9 、t r1 0 20 3 5 ，、t s1 0 11 9 7 、 t s l 0 31 9 7 慧。 d v b 交互方溪懿标毽毯矮e t s3 0 08 0 2 、e t s3 0 08 0 0 、e n3 1 01 9 2 、e n3 0 i 。 1 9 5 甾。 d v b 接硒标准蕊定了籁蕊有傣输媒质如s d h 、p d h 、a t m 的接口，截括了 e t s3 0 08 1 3 、e t s3 0 08 t 4 、e t s3 0 08 1 5 等。 d v b 测擐标准包括t r1 0 12 9 0 、t r1 0 12 9 1 等。 d v b 家庭多媒侮平台方丽的标礁包括t s1 0 18 0 2 、t s1 0 28 0 2 、t s1 0 28 1 9 等。 d v b 在数据、m p e g 、服务信息、文字方瑟瓣笈震檬瞧魏摇器n3 0 11 9 2 、t r 1 0 11 5 4 、t r l 0 21 5 4 、e n3 0 0 7 4 2 等、e n3 0 17 5 5 等。 d v b 字幕振礁e n 3 0 07 4 3 。 d v b 传簸标凇包括e n3 0 0 4 2 1 、e n3 0 0 4 2 9 、e n3 0 0 4 7 3 、e n3 0 0 7 4 4 、e n 3 0 07 4 4 、e n3 0 07 4 8 、t r l 0 11 9 0 、t s1 0 1 v 1 9 1 等。 d v bi n t e r n e t 谂议包括t r1 0 20 3 3 、t s1 0 28 1 3 、t st 0 28 1 4 等。介绍r 翔何 通过蘩于i p 的网络传送d v b 节目。 这些标准为d v b 最意的商业化运营奠定萋础。d v b 方磷的标准还在不断完 善中，全世界有2 0 多个国家超过2 0 0 个组织在进行相关的研究。 d v b t 系统一个吸弓1 人嬲地方在于它支持单叛网方式缀建发魁潮络。蓬夕 黠 d v b t 系统已进行了大量实骏【9 】【1 刺，在西班牙、萸熙、澳大刹亚等困进行了实验 系统黪搭建露溅试。圆辨黪实验已充分涯爨了d v b t 标凑在缀建鼙频霪方瑟豹哥 行性f 1 4 l 。中圈囊己的撂准德两予o f d m 多载波方式，信源方磁采震m p e g 2 撂撞， d v b - t 单频网适配器及组网关键技术 这样在复用传送和组网方面，和d v b t 有很多相似之处，为此本文研究了d v b t 的单频网组网的一些关键技术，为我国未来组建电视发射网提供参考。 1 3 工作重点 组建单频网发射网存在以下几个问题： 1 目前国内还没有完成同步发射控制的单频网适配器产品，国外产品过于昂 贵。 2 单频网中接收机的抗0 d b 多径问题，评价单频网条件下接收机的性能。 3 在组建发射网络的前期需要对大量的方案进行计算机模拟验证，模拟的关 键在于服务区场强的较为准确的预测，现有的预测方法多是基于点到点的预测， 在区域预测时耗时过多。 4 如何寻找到满足覆盖要求、而组网成本又较低的方案。 第2 个问题现在已有较多研究，本文对问题l 、3 、4 进行探讨，并给出相应 的解决方案。第二章介绍了d v b t 单频网基本概念。第三章介绍了我们研发的单 频网主适配器硬件平台及主要模块。第四章介绍了组网时的覆盖预测问题，提出 了种合适的预测场强的方法。第五章介绍了单频网最小代价组网问题，提出了 一种优化算法。 本人的主要工作在于： l 研制了单频网适配器。在单频网适配功能上，根据单频网规范，提出了一 种合理的结构实现：设计完成基于d s p 和f p g a 的硬件平台，编写了d s p 程序， 完成f p g a 内部各电路模块设计，最后调试完成平台。 2 在h e u r i s t i cs l o p e u t d 的基础上，提出了适合区域覆盖预测的实现，利用 扫描方式，预测一条直线上的各点场强，而不是一个点一个点的求解，这样充分 利用中间计算结果，提升预测速度。 3 鉴于组网是一个非常复杂的问题，对用计算机辅助求解最小代价组网方案 进行了一定讨论，对各种算法进行一定比较，并针对该问题特性，对模拟退火算 法进行改进，改善其搜索到的解的性能。 第= 章d v b t 单频网组网 第二章d v b t 单频网缀网 能以单频网组建发射网络怒d v b t 系统的大优点，本章将介绍单频网地 蒸本概念，如何实现单频嘲的同步要求，如何从瑰蠢的攘擞电视多频踺过渡到数 字电视单频网。 2 1 单频网基本原理 d v b - t 可以采厢两种不同的缀网方式；多频网( m u l t i 一疗e q u e n e yn e t w o r k ) 和攀频掰( s i n g l e f r e q u e n c y n e t w o r k ) 。多频溺方式怒一静传统的组鳓方式。为了让 闽套节目覆盖一个较大的区域，一一般需使用一定数量的发射机。在多频网中， 褶邻鼢静发莉祝崧须僮鲻不葡的颓段，隧兔在接收梳雩l 超干扰。笈蔚税分布如阉 2 1 ，图中不同的填充表示不同酌频段。多频网缎嘲有以下缺点： l 频带使黉上，多频网播一套节器需蘩静频带资源通常较多，雨璃霄频带瓷 源缎鬣乏，这种阐络覆盏方法禳不经济，衙且裰难提供薪豹频带给新的节搿。 2 发射功率上：由予溺影袭落，为了达至l 完全覆盖嚣鹣，发射橇需捷餐冗卷 功率，形成能源瀚巨大浪费。 由予o f d m 系统具有鞍强静拭多径筏力，d v b t 还胃以采嗣攀频霹方式缀瓣。 单频潮将点楚：在一个藤务嚣海，掰寄豹发射祝倭籍榴丽静频道发送襁弱的 数据。发魅捉分毒翅图2 2 ，爨煮发射拶使燃统一簇率。单频鼹剿好缝竞照多频瓣 熬较点。 l 爨为溪盏逐内发射极使用锼蠲的频率互掺，节终了絮贵黪频率资源，提茏 蘩溺络熬矮潜穰瘸率。 2 发射功率上，接收机密一个以上的发射搬可以接收。不同鼹径之蚓摆关性 缀小，当条路经袋减较大瓣，骞 瑟大攫会获霉其瞧强的戆号路径。这槽熬不嚣 要发射机提供冗余功率。 圈2 1多频网网络频带指示 幽2 2 单频网网络频带指示 6 d v b t 单频网适配器及组网关键技术 一般来讲，单频网要求各发射机在同一时间发送相同数据，但这个要求不是 绝对的。为了理解这一点，我们来分析不同延时对接收效果的影响。 在单频网结构中，数个发射机在同频率上同一时间发射相同的信号，在接 收机能接收到这些发射机的信号，通常这些信号的延时不一样。下面对延时在保 护间隔内、外两种情况进行讨论。我们假设信道本身不存在多径干扰且缓慢变化， ( 实际中，信道本身的变化会对系统性能造成很大限制) 接收机的f f t 窗定在最 先到达的信号上。图2 3 为不同延时示意图。f 为延时，乙为符号总长度。 保 l 护l 信号总长度 勰憾 ：墓卜叫 i hi 幡+ ：i 第一条路径广 ：i t 丁 ： 0 q t 第= 条路径厂厂_ ：r 厂厂了j ： ：厂了- 1 丁厂1 _ 1 t l 瓦盯 l _ 1i 卜+ ii_j 符号l 的窗 符号的窗 图2 3延时和f f t 窗示意图 下面分析当延时在保护间隔内和超过保护间隔的影响。 符号延时在保护间隔内时，下一个符号的信号落在f f t 窗外不构成影响，而 各子载波的延时在f f t 窗内只起周期平移作用，各个子载波还是正交的，载波间 无影响。 符号延时大于保护间隔是，前一个符号的信号落在本次f f t 窗内，这样引入 了符号问干扰，对于子载波，在一个符号内，信号发生不连续变化，两个子载波 在一个周期内积分结果不为零，这样就引入了子载波问干扰。 在前面的假设条件下，此时接收机的一个输出为 厂0 一l一1 d ( f ) = h i “( r ) d 耻+ “。( r ) d + 2 t k d - i ( 2 _ 1 ) l 1 = 0 ， i = 0 j 第一项为有用信号，第二项为失去正交性带来的载波间干扰，第三项为前一 个符号的干扰，可见当信号延时大于保护间隔时，它对接收信号来讲既有有用的 成分又有干扰成分。具体影响大小和接收天线的定向性及接收机解调算法有关， 有些作者建议当符号间隔大于保护问隔时3 2 1 ，其对信号和干扰的贡献可分别表示 成 一一一 整：三三塞璧曼：! 璺塑璺堡塑 ! = 嚣i 捌2 撅r ) ( 妣) 毪；= 西 i l q ( f ) )( 2 3 ) a 十声) 2 一墨f - 0 胁b ) ：翌鬻瓦 ( 2 _ 4 ) l 0冀毯 式中穗= p 一瓦矽r ，= 衫z 登嘲2 k ) f = 丽t r ( 2 - 5 ) 登誊辩妊一q ( a + 甄 关，一般遥羽信号瓣个耱号长发激过翔关蟪梭溅貔霆f f 善躺超戆经爨，缀始 ，夕7 一一、 ( , f 嬲l 叠 、k 斟 嬲2 4 申，痰子娥彤或残搂物影瓣，遴一燠避域浓天线 黪接孥芋拨潋熊子袋 确定，程遮秘情况下，调熬发射桃2 的发射时间，使得f ，+ 奠和# ：+ f ：比较接近鼹 d v b t 单频网适配器及组网关键技术 步。 2 2 单频网系统结构 为实现各发射台同步发射或可控延时发射，主站需要加额外的信息来实现同 以下是一个单频网系统的典型结构【1 6 】 图2 5单频网系统结构框图 杉一， 雨 图2 5 中单频网适配器是为组建单频网特别加入的。 高低优先级码流经过中间传输环节送给单频网适配器，它的码率和调制方式 指定的码率不一定匹配，这就需要进行插空包、修改p c r 等操作。因为各子调制 器的初始状态不一定相同，不能保证修改后的码流完全一致，因此码率匹配不能 在各个子调制器分别完成。单频网中，统一由单频网适配器完成这个功能。 为了实现同频，单频网适配器和单频网调制器使用统一的时钟源，即由g p s 提供的1 0 m 时钟，两边的时钟锁定于1 0 m 的时钟。同时，所有的单频网设备使用 由g p s 提供的1 p p s 以工作于相同的时间基准。 d v b 给出了单频网实现建议t s1 0 11 9 1 ，它建议用巨帧( m e g af r a m e ) 实现 单频网同步【2 】。巨帧长度决定于调制模式，巨帧中包含巨帧初始化包m i p ，m i p 中 包含有三个重要信息： lm 1 p 到下一巨帧头的包数 2 下一个巨帧头离开适配器瞬时和当前的g p s1 p p s ( p u l s ep e rs e c o n d ) 的时 j 训差s t s 3 传输网络的最大时延瓦。 在单频网适配器中，适当的加入m i p 组成巨帧。在各个子发射台，在接收到 对应的m i p 时，提取出s t s 和l 戕。发射台根据这两个信息可以确定下一巨帧头 应该发送的时间，这个时间对任何一个子发射台都是一样的，等时间一到就发送 巨帧的第一个包，由此就实现了码流同步。 第二露d v b - t 荤频嬲缀网9 甑帧的第一个包，由鲍就实现了码流同步。 m 1 - p 申述含有溺趔蕊息，要求单频掰子谬铡器缀播这个髂感褥整肉帮编褥、 映射等电路参数 1 l p l ，使得所宵发射机能按预定方式发射。 t s1 0 11 9 1 爱袋从攀频赋适配嚣嶷来黪逐爨m p e g - 2 羁浚，它# 2 操诞翅户在 不需要谈剐m i p 就能够磁常解码辑j 。 瑰有簿合t s1 0 11 9 1 豹单频网逶酝器郡楚邋过薅个珏j ： 鬟籍出离诋层璐浚。 邋在适配实现上院较简擎l 搏 l 。但从运营商来讲，希麓能通过：一个物理信道传输 节耳。骰如怒缀过蹦、m 或s d h 等网终然竣，网络标准融提供了两个鏖数落遂， 掰选蠢麓一个掰终遥黧嚣就可以。襁鲡戆通谶个徽波链路实现传送，鄢么需在 适配器中洳入台潞功能，可考虑洋n 嗣d v b 静多协议包装标猿实现拍】。 2 3 发射台组网问题 现有模拟电视较好的保证了人们的文化生活需要，硒数字电视节熙源现在还 拢较少，鼹家栋溅现在还没有穗螽，系统更换硪本较离，这些帮决定了魄裰系统 从模拟到数字转变是一个较长的过程。这样在个较长的时间内两个系统将同时 鼹务。 在几十年时间里，我围已建立了完整的模拟电视广播系统。在一个娩区，邋 露蠢个大功率蠢海拔主发辩塔鲶整个殿务邀疆提供尼令频段上熟节爨。在黻努 区内有缝隧域接敬到韵信号因由脉等阻挡而裘减较严蕙的，这时常通过架设小功 攀差转台在另一个频段上援如周个第登。这撵傲的琢因是模羧电魏羝绞惠予程 发精时没裔特殊的镲护税锏，对于扰褶当敏戆，需要巍频道间鞴和发射褫布点麓 离上遗圣亍傈护。在信号强度上，灏频的保护比谯3 0 4 5 曲左裹；在频率使用上， 在溺个服务箧，遥常不能使桶耩邻鹘两个频邋。茵忿模藏电褫系统组瀚豹主袋 考虑怒频帑在备隧藏豁合理分配，以绦诞提供题够的保护。 缀建d v b t 发射瞬络时，蓠先需考虑掰现有的模羧发_ 豸于耐络。穰擞溺己占街 了丈羹的电波灏段并鼠缀建越了多频网络。为了稿用数字两终，可戳羹耨分醚所 蠢电视颧遴，德这意昧蓿曩大熟鬻按成本。在一个禳撼灌视服务区，稠邻频道润 潺常都会空出一个所谓“禁用”频道，丽数字魄税酶鞭灌特稳燕锐截至鹃，可毅 考患搜鼹该频道。1 1 0 l 铁瀵太剥鼗弱毅期坡等憋爱溺d v b 方式遴孳亍麴试验结果嚣， 低功率的d v b 信号帮疲右耜邻模掇频遂闯，没京翡显熬予挽密现。戳壤警方式缀 网薅懿考虑到模熬台在其黢务区边缘场强霹熊较弱，数字台嫒翅靛频邋习麓_ 秘麓 。糖窘袋冀蚀鼹努蹉发射盘耀羼，越对必须小心搜诗数字发射螽，避受到数字发瓣 1 0 d v b t 单频网逡配器及组网关键技术 信号对相邻同频道模拟服务区边缘的严重千扰。在组网时，这是一个重要约束条 l 孛。 当一个频段在楚个服务区未被蕻他业务占用时，可以究分利用d v b t 在抗多 径方嚣瓣裁力在该频段上缎建单频矮。傻震擎频弼缝网舂嚣令明驻的好处：在暇 务区内一点，它可接收到区内多个发射机的信号，信道问互不相关。这样当一个 发瓣祝的绥遂出磁强衰减时，还有英瞧死路稳定精号，这藏减少了售号载波动， 提商t n 务质量，这就是所谓单频网网络增益。另外，由于同一个节目只需要一 个频道裁黢覆盖整个服务区，极大的节省了宝贵黪频带资源，霞艇使褥频带援划 容翁进行。 从鼹务覆盖范强上来讲单频嘲可组成全因瞬，岗域网。从发射枧构成来讲，可 以在服务区中问放一个大功率主塔，然后在服务区边沿或阴影区加补点小功率发 射枫，也可以在整个网络中都使用中等功率的发射塔构成密集丽。组建网络通常 受各种环境、规范、经济因素制约，应从各种组嗣方式中选择一种合适的。能实 现移动接收是d v b t 一大优势，在德国的试验表明在3 0 0 公里秒的速度上能实现 接收，这一方面是由于它采用的调制方式矮有较强的抗多径能力，另外一方面也 得益于组建单频网带来的网络增益。因此在城市恶劣的电磁环境中可以考虑组建 密集网提供足够的筚频阐增益。 在组建单频网时，需注意到发射机的位置。在无线信道中，天然的多径扩散 通常达至92 0 3 0 u s ，意昧着最大路径差在6 羽9 公羹闻。套单频两中，稻邻同节醋 单频网发射枫间隔一般比这大，引入的人工多径扩散远大于这个傻，而盥在一些 点上强度可和主蓿号稳院，因此在肇颓溺中，人为多径扩散是主黉方式。入工延 迟取决于两个发射机距离，比如当两个发射机相距1 0 0 k i n 时，延迟可达到3 3 0 u s 。 在缀建大送弼对，需注意袋射辊躐离不麓太大，保证久工延运热上最大多径扩敬 小于保护间隔。 在评徐覆盖屡爱对，模藏随和羧字秘有不嗣熬标准。模熬接毅祝戆接收效栗 随糟信号噪声比降低逐渐变差，数字接收机由于纠错码等的采用，在性能上是跳 变懿，在意予门疆辩误码率缀低，一显低予这个门限误筠率急巅上骨，表现在亳 视信号上可能变得什么都接收不到。这就骤求在预测或实地测量时要做到测试点 多基要准确麓够反浃骚务送戆覆盖率。d v b 标准躐定透覆羡达妥9 5 嚣重，霹鞋认 为覆盖良好，达到7 0 时可以认为旗本覆盖，这比模拟电视5 0 的蒙求高了许多。 设诗对在售臻凌方豢要蜜鸯佘量，黻兔在姆蔟天气强壤下羧浚失效。 第三章单频网适配器 第三章单频网适配器 3 1 方案设计 d v b t 规范的分层模式允许在一路调制信号中同时传输高低优先级两路 m p e g 2 比特流，高层码流的码率低于低层码流，但是有更好的保护机制 1 】。比如 在6 4 q a m 调制方式下，高层码流用q p s k ，决定接收信号对应在星座图的象限， 而低层码流用1 6 q a m ，决定了接收信号在象限。这种调制方式带来了不少好处： 1 ) 信源编码时，一个节目分别编码出携带图像较粗信息的码流和携带细节信息的 码流。将细节信息放到低层，另一个放到高层。在服务区中，接收机点信号质量 较好，可以完整识别出信号，可分辨细节。在服务区边缘，接收机信号质量较差 只能识别出信号象限，还能收看节目。这种方式在覆盖范围与频带利用上提供了 一种可行的折衷方案2 ) 就算现有信源编码方案无法有效的按层次编码，也可传两 路不同的节目，高层传一路标清，低层传一路高清。对于移动接收，由于它可携 带的显示屏不可能很大，标清节目质量就可以满足这类用户，同时，移动接收的 接收装置只检测粗信息，可以使简化处理模块、减小体积。可见分层方式是很有 吸引力的。单频网适配器应该给分层方式提供足够的便利。 在我4 1 的单频网适配器中结合码流解复用功能和单频网适配功能。现有的单 频网适配器产品有的以单路进单路出方式工作，不支持分层调制 1 7 1 ；有的高低层 两路分别进，两路分别出【”j 。我们在设计上兼容这两种方式，同时加入了码流解 复用功能，可将一路含多节目的码流分裂成高低层码流，加单频网适配后分别输 出。考虑到我们需要实现的功能，我们的适配器有如下配置： 适配器有1 路a s i 入接口，1 路s p i 入接口，两路a s i 输出，1 路s p i 监视输出。 适配器上有显示屏，指示码流信息和调制参数。提供小键盘接受用户控制。提供 r s 2 3 2 接口允许从计算机控制。适配器提供g p sl p p s 和g p s1 0 m 时钟接口，由 外部提供这两信号。适配器框图见图3 1 ： 由框图可以看出，我们的设计中主要功能都由f p g a 完成，这样该平台的扩 展性就比较好，可以根据用户需求改变设计。h o t l l n k 适配功能因为在串并转换 前信号频率过高所以没有集成到f p g a 中。使用d s p 增强了该设计的处理能力。 1 2 d v b - t 单频霹适配器及组弼荚键技术 图3 1 单频网道配器系统框图 3 2 硬件平台 该硬件平台从功能上来讲由码流接口模块，用户接口模袋，主控f p g a 模块 茅鹾d s p 模块构成，下丽分别介绍。 3 2 。1 码流接口模块 d v b 规定传输流包长度可以为1 8 8 字节或2 0 4 字节。1 3 8 1 8 1 规定的m p e g 2 标准t s 包长度楚1 8 8 字节。在t s 怠届蘑雍上1 6 字节瓣空字第或r s 铰验字节， 构成d v b 一规定的2 0 4 字节长的包。 d v b 餐寇了同步并行接翻( s p i ) 萃毽凳步筚霉亍接1 5 ( a s i ) 嚣耱簇蜀稼灌寒转递 鸦流数据。 s p l 援定班阕磐；鼓镑方式健输各稀粥率兹数据，它鬯锤 c l o c k ，p s y n c ，d v a l i d ，d a t a 7 0 】等1 l 条信号线，如图3 2 翟3 , 2s p l 接口定义 第三鬻单频嬲逶配嚣 以下怒s p i 时序关系豳 门nn 厂 nnn 厂n nn 广 还瑟蠹遥涎蟊篷炎甄孢 广 厂一 厂厂 。 图3 3s h 时序关系网 出因3 3 可熟，p s y n c 为离对表明警前数掇是某个霞的越步字节。遣数据包 长度为2 0 4 时，d v a l i d 为高明当前包的后1 6 个字节是前1 8 8 字节的校验，如为 低，则表明后1 6 个字节为空字节。接收端掇据d v a l i d 信号谢剡断是落需要做 r s 校骏。s p i 规定以2 5 针l v d s 接口传递这1 l 条信号线。 s p i 的优点麓码流时钟直接传给盾缎，缺点是传送距离短。在实鞴中，幽予 s p i 携带了时钟信息，在送入解码器时，通常使用s p i 接口。 a s i 接口和s p i 接潮藕魄要复杂的多。a s i 魏宠了三个层次上的协议。l a y e r 0 隘 斑定了a s i 的物理传输特性，l a y e r l 屡规定了并串串并转换时的编码及字节同步 阍遂。l a y e r 2 兢窀可班按整包长痰韵突发方式寐传递码漉( 中阀没有控锑字符) ， 也可以掖其他长发来传。假如以攘包方式传，在一个包的结尾必须包含两个同步 字符k 2 8 5 。 在符合班上协议的器件中，我们选取了d s 9 0 c 3 1 励s 9 0 c 3 2 盏分对作为s p i 按 嗣器佟，e w 8 9 2 3 e y 7 8 9 3 3 佟为a s i 按强器箨。 d s 9 0 c 0 3 i d s 9 0 c 0 3 2 是n a t i o n a l 公司产豹c m o s 懿分线驱动器，接牧器，它 熬功糕低，传输鬏率最惑爵达7 5 m h z 。d s 9 0 c 0 3 1 接教t t l c m o s 毫平傣号，然 后将它转换为泡流驱动嗣传输线上，在援救端该激流程1 0 0 欧姆毫阻土产生大约 3 0 0 m v 鹃瞧压，套$ 9 0 c 0 3 2 将这个差分电压转化为c m o s 电平。下型是该差分对 戆獒型爝法。灏3 4 孛1 0 0 歇簿逄灌溉超列线路篷聚释瘸，遣楚激流转抉藏奄蕊搿 必薅款。d s 9 0 c 0 3 1 使翔魄滚驱动取代蓑分逛联嶷接驱动，这撵蠖褥它黪输出较炎 稳定、施工 乍在鞠对更褰麴频率莠且可转输较远凝饔。 图3 4s p i 接口连接示意 c y 7 8 9 2 3 妃y 7 8 9 3 3 怒c y p r e s s 公司产嬲h o t l i n k 接弱驱动器，接牧器，饿们完垒 符台d v b a s i 规范，并且容易使用。c y 7 8 9 2 3 提供# e n a 信号来指示当前怒否 t 4 d v b - t 单频网适配器及组刚蕉键技术 有数据，s c d 信号用来指示当前8 位总线上的是数据述是特殊字符。c y 7 8 9 2 3 在 辩镑上秀沿检溺# e n a 信号，辩免低它耪镀存8 位蔻线主瓣数据，著将它编成1 0 位码字。c y 7 8 9 2 3 还提供了# r p 信号，可用做异步缓存读取信号。由此可见， c y 7 8 9 2 3 给阐步、舅涉缓存提供了方便熬接嗣。 c y 7 8 9 3 3 检测串行线上的比特数据，通避一定机制将它组合解码转换成数据 字节，它疑塞秘重薪缀峻。c y t b 9 3 3 瓣供了r d y 售譬s c d 信号囊c k r 售号。 在r dy s c d 有效期间，利用c k r 就能锁存有效数据。 盛怒中舂一点嚣要注意，c y 7 8 9 2 3 浚密戆是差分嗣线，安骣铸竣孛臻鲍是单 芯电缆，可以使用变压器将其一端接到地，另端接到电缆上。而在接收端由一 个交垂器凌攀遐信号转换或差分羡号，提供绘c y 7 8 9 3 3 豹差分羧入强。这个交蘧 器提供隔离作用，实际中我们使用了p e 6 5 5 0 8 。 3 2 2 用户接口模块 在本平台中，需要用户指定码流分路方式和调制参数，要在液晶屏上显示的 信息不少，控制也较复杂。我们采用了w i n b o n d 公司的w 7 8 e 5 8 单片梳作为霜户 接口主控机，负责接收信息、控制显示和接收用户操作。 穗盎使焉2 x 3 筢阵式，分潮兔上、下、焘、右、敬消窥确谈键。遥遥键纛扫 描程序查询是磷有键按下，如有键按下，则转到相应的处理程序，执行相应的按 键功熊。 由于需要鼹示得信息相当多，选用了较大的l c d 鼹屏，它能显示1 6 1 6 3 点 阵静彩色汉字，每行最多可显示4 0 字，共3 0 行。当节蓦较多，显羼一页不够显 示时，通过相应菜单选颂，实现换页显示功能。显示需要的字库存储在a t 2 8 1 v 2 5 6 中。 用户接口模块支持与计算机之间的串口通信，可实现远程控制。单片机的全 黻工宰行誓鼗豢线r x d _ 穗t x d 逶遥r s 2 3 2 标准菝露连嚣p c 撬，爵在p c 税设 置参数，通过串口电缆向调制系统发邀、接收数据，监视控制系统的运行。我们 霹j 臻攀笄撬兹拳日中断处理，可弱穗支特键盘设萋窝p c 极设鬟，嚣考簋不影稼， 而且通过p c 机所设的参数能实时在调制器的液晶显示屏上显示出来，使控制方便 可靠。 我们还配备了e 2 p r o m ，可将用户本次设置的系统参数存储起来，每次上电 f 重系统能按上次设置妻缓开始工髂，方缓用户诞试。e 2 p r o m 选禹a t 2 4 c 3 2 ，宅 为典型的1 2 c 总线接口器件。利用单片机的两根i o 线分别作为数据线s d a 和时 镑线s c l ，援攥其读譬嚣寸序送孬操 睾。我们还袋用“卷门狗”对电路秘程序遴雩亍 第三章单频网适配嚣 监控，当电路溅程序发生意外时，“看门狗”将激活r e s e t 倍号，使系统复位， 这样我们鲍系绞有较好灼稳定性。 3 2 3 信息提取模块 由于我们的存储码流的缓存不是很大，为了防止溢出，要求处理器班较高的 速度完成码流信息提取。同时提取过程要存的信息较多，要求控制芯片有较大的 缓存。提取过程又是个较复杂的过稷，要求该芯片有合适的处理结构和强大的 指令集。结合成本因素，我们选用了通用型d s pt m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 。 5 4 0 2 内部有锁穗环，最高能瑷1 5 倍额方式工作，这样当它隘l o o m 狰s 豹指 令速度运行时，外接晶振只需l o m 就够了，方便了p c be m c 设计。它内部存6 条流永线同对工作，掇大蕊蕊俊了蹙璞。内含1 6 k 的r a m ，可渡存储稳当多酌信 息。内部有8 个辅助寄存器，同时寻址方式更为多样。指令特性和高效的寻址方 式菠褥程序豹效率较c 5 0 有犬福撬秀。同时，它静井都总线支持突发方式酌读， 这使得它的数据吞吐量足以满足高速读敬要求。 我们疆袋了一片a t 2 8 l v 2 5 6 季# 为矫部摇令r o m 。 3 2 。4 主控模块 主控模块完成接口译羁处理、鹃浚缓存、弼搴延酝、妈浚分路、狱l 薹l 捶入等 功能。蒙求主控芯片既有丰富的逻辑资源，又脊较多的r a m 资源，同时要求它有 较多斡管脚数爨可鞋荟嚣多个模块连接。我翻袋月了a l t e i o a s t r a t i x 系裂 e p l $ 2 5 8 6 7 2 。 s t r a t i x 系列定位为s o p c ( s y s t e mo np r o g r a m a b l ec h i 彩。戆整数字系统越米越 趋向于大规模、高速度、多接口化，多芯片组成的系统由于太复杂而难以调试维 护，单片系统s o c ( s y s t e mo r le h i r t ) 撅念开始被大家接受。这秘系统螅主芯片援 有多个资源，可以完成多项功能。以s t r a t i x 系列的e p i $ 2 5 为例，它内部集成了多 达2 5 6 6 0 个逻辑单元( l e ) ，1 8 9 9 kr a m 比特。 与以往的a p e x 系列相比，s t r a t i x 的大特点是称为t r i m a t r i xm e m o r y 豹 m e m 结构。s t r a t i x 内部存三种尺寸的r a m ，分别是m 5 1 2 、m 4 k 、m e g a r a m 。 一个m 5 1 2 块含5 1 2 个比特位，另外有6 4 个校验t e 特。从总线宽度上耩，可配置 成5 1 2 xl ，2 5 6 x2 ，1 2 8 x 4 ，6 4 x8 ，6 4 x9 ，3 2 x1 6 ，3 2 x1 8 ，从类型上讲，可配 霞成f i f o 、单端双端r a v l 。e p i $ 2 5 含2 2 4 个m 5 1 2 ，均匀分布在片肉，可用于 濡要大擞小规模存储器的场合如运行参数存储、d s p 滤波系数存储和中间结果保 1 6 d v b * t 单频鼹适配嚣及组网关键技术 存等。s t r a f x 内部集成的这些r a m 在很大程度上可以替换孙部r a m ，楚他了p c b 版图设计，同时由于内部r a m 可运行速率毫，这也增大了系统豢宽。 s t r a t i x 的另一大特点是内含丰富的时钟源，提供了多样的时钟解决方案。 e p l s 2 5 有1 6 个全局时钟管瓣，8 个局部时钟篱脚，对应内部豹1 6 个全爆对锻嬲 络，8 个周部时钟网络。局部时钟网络将整个片予划成4 个区域，每个区域对应两 个局帮时钟，为该区域肉的时钟邋辑提供最小时延的8 寸钟。n p l s 2 5 内部集成了2 个增强瘿锁相环、4 个快遴型锁相环。增强型锁相环是s t r a t i x 特有的。中心频率可 在配置s