（信号与信息处理专业论文）dvbt系统中内交织和解内交织的fpga实现.pdf

中文摘要 中文摘要 广播电视正由模拟向数字全面过渡， 字电视首先要开发数字电视的广播系统， 究开发中 发展数字电视是当务之急要普及数 目前我国的数字电视地面广播正在研 本论文首先介绍了欧洲数字电视地面传输标准及基本原理，接着根据d v b - t 标准对d v b - t 的发送和接收系统进行了具体的研究，然后按照d v b - t 内交织的 原理，设计了实现内交织的方案，其中包括比特交织和符号交织。同时也设计 了包括解符号交织和解比特交织在内的解内交织方案 在对内交织和解内交织各个子模块进行c 语言和姒t u 出算法仿真的基础 上，完成了内交织和解内交织总模块的f l e a 设计，系统所有的硬件电路设计都 采用t v e r i l o gh d l 语言编写。最后通过在q l l a r t u s 下的仿真，验证了内交 织模块和解内交织模块能够正确的实现交织和解交织，并且性能良好 关键词：数字电视地面广播，内交织，解内交织，比特交织，符号交织， 可编程逻辑阵列 t h et e l e v i s i o nb r o a d c a s t i n gi sc h a n g i n gf r o ma n a l o gm o d et od i g i t a lm o d e i s 粗哪g e a ta f f a i rt od e v e l o pt h et c c h n o l o g yo ft h e 击g i t a il e l e v i s o n t o 弭唧山i t h e d i s i 眦t e l c v i s i o n , w c ：s h o u l dd e v e l o pt h es y s t e mo ft h ed i g j t a lv i d e o b r o a d c a s t i n g a n dt h ei ) i g i t a tt e l e v i s i o nt e r r e s t r i a lb r o a d c a s t i n g ( mr s ) i sb e i n g s t u d i e di nc h i n a i nt h i sp a p e r , t h et h e o r yo fd v b - ts 蜩m 锄a i n t r o d u c e df i r s t l y t h e nw cm a k e am a t e r i a ls t u d yo ft h et r a n s m i t t i n ga n dr e c e i v i n gs y s t l m l n sa c c o r d i n gt ot h eb 呻叩啪 s t a n d a r dd v b - t t h i r d l y , w er e s e a r c hs o m ea r i t h m e t i ca n di m p l e m e ms c h e m e 8f o r i n n e ri n t e d e a v e ri n c l u d i n gb i l - w i s ei n t e r l e a v i n ga n ds y m b o li m 盯l e ”mb a s e d s t a n d a r dd v b - t a tt h es 锄ct i m ew ea l s or e s e a r c hs o m ei m p l e m e n ts c h e m e sf o r d e i n n e r i n t e d e a v hi n c l u d i n gb i t - w i s ed c i n 船l e a v i n ga n ds y m b o ld e i n t e r l e a v e r t h e lb a s e do nt h ea r i t h m e t i cs i m u l a t i o n o f i n n e r i n t e r l e a v e ra n d d e i n n e r i n t e d e a v e ri nd v b - ts y s t e mb ycl a n g u a g ea n dm a t l a b t h ef p g a i m p l e m e n t a t i o na i b r o u g h tt os i 圮。嘲t h eh $ f d w s l mi m p l e m e n t a t i o no fa l lm m i u l e s i sd e s i g a e db yv c r i l o gh d l l a n g u a g e f i n a l l y ，t h es i m u l a t i o nb y0 m 巾m p r w e d t h a tt h em o d u l eo fi n n e r i n t e r l e a v e ra n dd e i n n e r i n t e r l e a v e rc w o k ee f f i c i e n t l y k 町w o r d s ：d v b , l n n e r i n t e r l e a v e r , d e l n n e r i n l e d e a v e r , b i t - w i s eh 盯】，i n g s y m b o li n t e f l e a v e r , f p g a 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：己毒如主、 伽6 年6 其 饵 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：易碘三、 1 r d 年月，占日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 引言 当今电视广播技术正迅速向数字化发展，电视广播、通信、计算机等各领 域也在不断地相互渗透、融合，这使得原有的电视广播系统及技术有了翻天覆 地的变化。数字化的优点显而易见：通过数字信号处理会使节日的制作过程变 得简单，制作效果大幅度地提高，一些模拟方法无法完成的功能，通过数字技 术与计算机的结合，可以轻松地实现；通过数字技术，节目的复制更加容易， 多次复制所引起的损伤不会积累且易于修复；在传输环节，数字压缩技术和数 字信道的采用提高了节目的传输效率和传输质量。可以说，数字电视广播的优 势是传统模拟方式无法比拟的。 数字电视技术相对于模拟电视技术来说，是一次重大的飞跃。这项技术 的采用。不仅能够给用户提供更加优质的视、听服务，而且大大提高了运营商 传输系统的带宽利用率，使运营商能够通过现有的模拟传输系统带宽给用户 提供更多的节目套数。更重要的是，数字电视技术的采用，能够使运营商在提 供电视节目这项基本服务的同时，实现诸如用户控制、电视短信、电视网站、 电子杂志、电视购物、e 阢电视游戏、视频点播等多项增值服务这不仅增 加了运营商的收入，而且大大提高了老用户的忠诚度和对潜在用户的吸引力 这又进一步的保证和增加了运营商利润空问 根据数字电视涉及的各个方面所采用的不同的规范和标准，世界上数字电 视的总体标准，分为三大系列：欧洲的数字视频广播d v b ( d i g i t a lv i d e o b r o a d c a s t i n g ) 、美国的高级电视制式a t s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m s c o m m i t t e e ) 、日本的综合业务数字广播i s d b ( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a l b r o a d c a s t i n g ) 其中d v b 标准以o v s - s ( 用于卫星广播业务) 、d v b - c ( 用于有线广播业务) 、 d v b - t ( 用于地面无线广播业务) 为核心d v b 系列标准中传输复用部分采用 m p e 6 - 2 标准的系统部分( t o ol 粥1 8 - 1 ) 我国卫星广播业务和有线广播业务已 经等效采用了d v b 标准 第1 章绪论 1 2 课题来源及研究目的和意义 1 2 1 课题的来源及背景 电视数字化是一个全球的趋势，是继黑白电视到彩色电视后的又一次革 命。 欧洲1 9 9 3 年成立了数字视频广播( d v b ) 组织，现有近2 0 0 个成员。该组织 为数字视频广播系统提供一个唯一的、确定的框架d v b - s 、d v b - c 、d v b - t 、 d v b - h ，制定了被世界范围能接受的数字电视广播标准。d v b s 规定了卫星数字 广播调制标准，使原来传送一套p a l 制节目的频道可以传播四套数字电视节 日，大大提高了卫星的效率n b - c 规定了在有线电视网中传播数字电视的调 制标准，使原来传送一套p a l 制节目的频道可以传播四至六套数字电视节目。 d v b - t 规定了在开路地面数字广播电视节目采用的调制标准。这些均得到欧洲 通信标准组织( e t s i ) 和国际电联( 1 1 1 j ) 的通过。 美国于1 9 9 6 年1 2 月2 4 日已决定采用以高清晰电视( h d r r v ) 为基础的 m s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e mc o 咖i t t e e ) 作为美国国家数字电视( 哪) 标准。美国联邦通信委员会( f c c ) 决定用9 年时间完成模拟电视向数字电视 的历史性过渡。在1 9 9 8 年1 1 月1 日开始实施数字电视地面广播( f f r v ) t 将 有2 4 个电视台发送全数字电视；1 9 9 9 年1 1 月1 日有1 2 0 个电视台播出数字电 视节目；其余的全部电视台在2 0 0 3 年5 月1 日播出数字电视；2 0 0 6 年停止 n t s c ( n a t i o n a lt e l e v i s i o ns t a n d a r d sc o m m i t t e e ) 。 日本于1 9 9 5 年7 月在日本电气通信技术审议会上通过了与欧洲v b - s 相 符的日本数字电视标准。d v b - t 也在积极筹划中，1 9 9 7 年进行了第一次试验， 1 9 9 8 年进行测试，2 0 0 0 年正式开始数字视频广播。为了在同数字信道内同时 传送视频、音频和数据广播，日本正在开发综合业务数据广播( i s d b ) 目前，在全球有许多国家已开展了电视数字化和d v b 业务。其中以欧洲的 一些发达国家最为普遍，亚洲的日本和韩国也较为普及，新加坡、印度等国家 也已起步中国的数字化电视站在世界同一条起跑线上。在我国最早投入使 用的数字电视系统是中央电视台1 9 9 5 年开办的卫星加密频道。1 9 9 6 以后，省 级电视台逐步使用数字压缩技术进行卫星电视广播覆盖，一个卫星转发器上可 以转发五套电视节目，所使用的传输标准是d v b i 护f ! g , - - 2 。未来的直播卫星广播 将能提供1 0 0 2 0 0 套电视节目。目前我国的有线电视用户已超过8 0 0 0 万 2 第1 章绪论 户。有线电视经过若干年的建设，特别是干线传输变为光纤以后，信号的传输 质量大大提高，试验证明现有有线电视网完全可以进行数字电视广播。有线电 视台己开始进行数字电视广播规划。1 9 9 7 年国家组织制定中国有线数字视频广 播传输标准1 9 9 9 年元旦，四川新泰克公司在成都有线电视台完成d v b - c 的实 验性开通，一些d y b 实验性平台相继在各有线电视台搭建 1 2 2 课题研究的意义和目的 数字电视技术相对于模拟电视技术来说，是一次重大的飞跃。这项技术的 采用，不仅能够给用户提供更加优质的视、听服务，而且大大提高了运营商传 输系统的带宽利用率。使运营商能够通过现有的模拟传输系统带宽，给用户提 供更多的节目套数。更重要的是，数字电视技术的采用，能够使运营商在提供 电视节目这项基本服务的同时，实现诸如用户控制、电视短信、电视网站、电 子杂志，电视购物、e p g 、电视游戏、视频点播等多项增值服务。这不仅增加 了运营商的收入，而且大大提高了老用户的忠诚度和对潜在用户的吸引力这 又进一步的保证和增加了运营商利润空间 1 3 国内外研究现状 信道编码的目的是附加冗余信息到比特流中，以便在接收时能从受损的信 号中恢复出原信号。在d v b 系统中，信道编码包括扰码( 随机化) 、r s 编码和 交织等几个部分。 扰码是为了避免d v b 数据帧结构中的长连“1 ”或长连。0 ”的出现，以便 在接收端恢复时钟信号m 。f 站f - 2 传输复用包经过扰码处理后，其。0 ”和。1 ” 在时间上变得均匀分布 i c s ( r e e d s o l o e o n ) 码是一种性能优良的分组线性码，在同样编码冗余度 下，脑码具有最强的纠错能力扰码后的m p f 强, - 2 传送包采用缩短 ( s h o r t e n e d ) r s 编码( 由反馈移位寄存器电路实现) ，每个符号是8 比特在 编码的过程中，每个m p e g - 2 传送包增加了1 6 个校验字节码字为 ( 2 0 4 1 8 8 ) ，可以纠正8 个字节的误码 髂编码虽然纠错能力很强，但由于信道中产生差错的突发性，往往使连续 一片数据都出现差错，这种集中式的差错，常常超出了纠错码的能力。所以在 发送端加上数据交织器，在接收端加上解交织器，使得信道中的突发差错分散 3 第1 章绪论 开来，以便充分发挥l l s 编码的纠错作用。有时加上交织后，系统的纠错性能 可以提高好几个数量级。大大提高了抗干扰能力与数据传输的稳定性。交织器 和解交织器均由先进先出( f i f o ) 移位寄存器和分支切换开关组成 欧洲所制定的数字广播标准已成为全球主流，以视频( v i d e o ) 广插来看， 全球采用d v b t ( 手持式数字视频广播) 作为数字电视标准的地区，除欧洲国 家，还包括澳洲、中国台湾、新加坡以及巴西等。反观美国主导的 t s c ，仅限 于美国及其邻近的加拿大及墨西哥，再加上韩国等国采用，此外日本采用的 t s d r - t 标准，其实也是基于欧洲标准修改而成的。至于音频广播，大部分欧洲 国家采用的e u r e k a1 4 7 标准的全球地位，也凌驾于美国规格的i b 0 c ( i nb a n d o nc h a n n e l ) 之上因此无论是视频或音频广播，欧洲技术都具全球标准的优 势。 欧洲产业这项优势也延续到移动电视上，欧洲所制定的移动电视标准i ) v b - h ( 地面数字视频广播) 是根据d v b - t ，改良功耗和移动接收效果而制定，并且完 全相容于d v b - t ，采用d v b - t 为数字电视标准的国家该国广播业者多支持 吖b - h 为移动广播电视标准。 欧洲d i t 标准组织d 1 r b 原就致力于将欧洲电视标准引进全世界，例如d v b - t 采用的频宽即设定为酬棚以相容于世界各国原本的模拟电视频宽。d v b h 也是在相同精神下对照推行，目前d v b - i t 除在芬兰、法国、英国、西班牙等 欧洲国家外，也在美国、澳洲、中国台湾以及新加坡等地区进行试播，在正式 商业化之前，d v b - h 阵营将累积各地试播所获得的经验，透过交流，使每个国 家找出最适合d v b - l t 营运模式 1 4 本论文主要研究内容 本论文将根据欧洲数字电视地面传输标准( d v b - t ) 对数字电视地面发送和 接收系统进行具体的研究，然后按照d v b - t 系统内交织的原理，设计实现包括 比特交织和符号交的内交织方案，同时也将设计包括解符号交织和解比特交织 的解内交织方案。 在完成对内交织和解内交织各个子模块算法仿真后，将会进行内交织和解 内交织总模块的f l e a 设计系统所有的硬件电路设计都将采用v e r i l o g l 第1 章绪论 语言编写。最后会用q u a r t u s 软件进行仿真，以验证所设计的内交织模块和 解内交织模块是否能够正确实现交织和解交织 ， 第2 章d v b - t 系统介绍 第2 章d v b - t 系统介绍 本章主要介绍的是d v b - t 系统，其中包括发射机和接收机的系统结构。需 要指出的是本章大部分内容是d v b - t 专家组给出的标准中直接定义的，但是在 d v b - t 标准中，只规定了发射机的具体结构方案，而未对接收机的实现方式进 行定义，所以在本章中，同时将会给出d v b t 接收机的“反向。定义。通过对 发射机和接收机的仿真，根据具体采用的有效方法来达到标准中标注的极限性 能，之后再将有效的结构方式定为接收机样机实现时的最终方案方案的确定 保证了基本的，可硬件实现的系统各个成员模块的可行性 2 1d 帽一t 发射机 本节从d v b - t 发射机的整体概述开始。之后对系统结构中每一模块的功能 和目的进行详细解释：首先是对l i p f _ , f f - 2 信源编码器的介绍，其次是前向纠错编 码f b c ( 包括加扰、外码、外交织、内码和内交织) 的描述，最后说明符号数据 的映射方式 2 1 1d v b - t 发射机概述 圈2 1 删b - t 发射机系统功能框图 6 第2 章d v i b - t 系统介绍 图2 1 所示为d v b - t 发射机的系统功能框图，d v b - t 系统的主要功能是对 m p f f , - 2 传送复用器输出的基带电视地面信道特性实现适配为了达到这个目 的，d v b - t 采用c o f i ) i ! 技术( 编码正交频分复用) 进行传输。c o f d m 技术结合有效 的级联纠错码和多载波调制手段( c 0 阳吣体现了它在地面衰落信道中的优 势以下的各子节将对图中的各个模块进行大概的介绍 2 1 2 分层发射 d v b - t 定义了两层的信道编码和调制方式，来保证它的分层发射。在分层 传输过程中，两路m p e c , - 2 传输码流，分别为高优先和低优先码流，是以组合信 号的形式进行传输的，需要用分离器将两者分离。低比特奉码流可在较恶劣的 信道条件( 低s n r ) 下被接收，属于高优先码流；高比特率码流要求良好的信道 传输条件( 高s n r ) ，属于低优先码流同一节目业务可以用低码率、高抗扰度 的码流和高码率、低抗扰度的码流进行同播。另外，不同的节目都可用这两种 码流进行传输，低码率节目可被移动接收机接收，高码率节目需定向天线接收 机接收。在分层模式下，接收机只需要对这两类传输码进行解码即可。两种传 输模式区别在于信遒编码链路结构的不同，但它们的内交织是一致的。这一点 可以在图2 1 中看出( 低优先码的信道编码链路用虚线标出) 2 1 3i i p e g - 2 信源编码 肝e g ( 运动图像专家组) 指的是一个专家组的简称，该组发布了包括m p f i , - l 、i 伊e c , - 2 和) i p e g - 4 在内的多个图像标准。肝e g 专家组成立于1 9 8 8 年，属于国 际标准组织i s e i e cj t c l m p e g - 2 系统定义了数字视频和可视化数据中比特 流的语法和语义，归类于i s 0 i e c 标准( 1 3 8 1 8 一1 ) 。这类比特流称为适用于 m p e 6 - 2 系统的比特流。此标准并没有详细说明相关设备如何输出，传输或者对 比特流进行译码，但它具有极其广泛的应用，包括广播( 地面、卫星或有线) ， 或者是交互式应用。 m p e g - 2 系统采用了双层复用的结构，如图2 2 所示。视频和音频均被压缩 成为基本码流( e s ) 。这些单元码流形成包结构( p f s ) ，这一步是通过卯f g - 2 的 第一层复用实现的。这一层需保证音频和视频的高度同步，为此，在每个p e s 包头都插入时问同步标志。第二层被称之为传输码流“s ) 几个p f 3 复用成为 一个t s ，其中的p e s 个数取决于传输信道的容量 第2 章d v b - t 系统介绍 圈2 2 - 髓一2 复用器的层次结构圈 一般来讲，m p e g - 2 e p p e s 的比特率为l b f o i t s s ，但实际i - d y b - t 中大多数 节目业务的码率为4 4 5 i i b i t s s 。高质量的节目业务，比如现场直播等则需 要6 胁i t s s 的码率，而t s 的比特流取决于发射机的性能。d v b - t 的发射机可以 将比特率配置在4 9 8 - l b i t s s 和3 1 6 7 讹i t s s 之间。 2 1 4 传输复用自适应及能量扩散随机化 能量扩散随机化是为了实现能量的分散，所以也称之为加扰它的功能就 是将m p e g - 2 传输复用码流中的“1 ”和。0 ”长序列进行随机化处理。这些 。l 一、。0 ”长序列会直接影响到传输信号的频谱。频谱中如果存在较高能量 部分会直接干涉到其他功能。而低能量部分则容易受到干涉。因此通过加扰来 均衡传输功率谱是非常有必要的。为了加扰或者将数据码流随机化，在申行数 据进入调制罂之前需要加一个伪随即序列发生器。其结果就是将传输频谱实现 为具有固定统计特性的伪噪声。 在d v b - t 系统中，) i p f f , - 2 传输复用包中加入了伪随机二进制序列( p r b s ) 生 成器，包格式如图2 4 a 所示。p r b s 序列模2 结果循环产生8 个包组。 4 p e g - 2 传输 复用总包长为1 8 8 字节，其中包括1 个同步字节( 即4 7 m i ) 。发端处理顺序 应从同步字节( 即0 1 0 0 0 1 1 1 ) 的m s b ( “0 5 ) 开始。为保证适当的二进制转换，输 入的m p e c f 2 复用数据应如图2 3 所示的配置随机化 第2 章d v b - t 系统介绍 田2 3 加扰墨解扰器电路框图 伪随机二进制序列( p 如s ) 生成器的多项式应为： 1 + x 1 + x “( 2 1 ) 如图2 3 所示，在每8 个传送包的开始。将初始化序列 。1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 ”装入p r b s 寄存给解扰器提供一个初始化信号，每8 个包组 中，第一个传送包的m p e g - 2 同步字节是将4 7 。( s y n c ) 逐比特倒相为 b 8 。( s 协r c ) 。p p , b s 生成器输出的第一个比特应加至肝e g 2 倒相同步( 即b 8 一之 后的第一个字的第一个比特( 即幅上。为帮助其他的同步化功能，在随后7 个 传送包的m p e g - 2 同步宇持续期问，p r b s 继续工作，但输出无效，不对这些字节 进行随机化。因此，p r b s 序列周期是1 5 0 3 个字节 2 1 5 外编码 外码系统用来纠正f e c 中其他模块所没能纠正的错误比特，包括其他模块 没能纠错的系列突发错误以及由其他纠错模块产生的突发错误。d y b - t 采用的 是r e e d - s o l o m o n 收缩码( r s 码) ( 2 0 4 ，1 8 8 ，t = 8 ) ，它能对随机化处理后的m p f a - 2 传送复用包起到纠错保护作用。传送包中的同步比特也参与了r s 码。外编码之 后的传送包包括了同步比特1 8 7 字节的随机化数据和1 6 个奇偶校验字节，如 图2 4 c 所示。采用的r s 编码能够达到在误码保护包2 0 4 个字节中纠i e 8 个随机 误码字节的纠错能力 收缩r s ( 2 0 4 ，1 8 8 ，t ：8 ) 码是由原体系的瞄( 2 5 5 ，2 3 9 ，t = 8 ) 衍生的收缩码。它 的生成方式是：在l l s 码( 2 5 5 ，2 3 9 ，t = 8 ) 编码器输入端信息字节前，可增加5 1 个 全0 字节来实现收缩码经r s 编码程序后，将这些无用字节删除，由此，产生 第2 章d v b - t 系统介绍 出n = 2 0 4 字节的r s 码字。 该脑( i ，k ，t ) 码的参数如下： n ： 每符号比特数 1 1 - 符号总字节数 k ：符号未编码字节数 r f ( n - k ) ：奇偶检验字节数 t - - r 2 ：符号可纠正字节数 r s ( 2 0 4 ，1 8 8 ，t f f i 8 ) m = 8 n = 2 0 4 k = 1 8 8 r = 1 6 t = 8 i $ y n c坤睁2 传送复用数据 ll 字节1 8 7 字节 田d 宦g _ 2 传避色 i d 口a 女田蛐，l 劬1 皇带、 一 随机化蠡据随机化蔹据随机化数据随机化数据 s y n c ls l c 2s y n c 8s 1 n c l 1 8 7 字节1 8 陴节1 8 7 字节1 8 7 字节 田b 随机化传送包，局步化字节和随机化字节 田c 麟2 0 4 ，l 8 7 误码保护包 s y n c ls y n c ls y n c l 或2 0 3 字节 或2 字节 或 s s s y m n 田d 交织后的羲据结构：变织深度i = 1 2 字节 圈2 4 衄扩敢、外编码和交织的信道适配步骤 2 1 6 外交织解交织 加入交织是为了加强编码的随机错误纠错能力，它在存在突发错误的环境 ( 包括g a u s s i a n 信道、r i c e a n 信道和r a y l e i g h 衰落信道) 下是非常有效的。在 d v b - t 中外交织基于路误码保护包的致据字节在接收机中，每1 8 7 个字节通过 第2 章d v b - t 系统介绍 解交织恢复原序列顺序。因此在内码纠错系统中或者在地面信道传输过程中产 生的任何长度的突发错误都可以通过外交织分散到各个接收包中。前面提到i l s 解码器只能在2 0 4 字节长度的包中纠正8 个随机错误字节，加入交织之后就保证 了系统能纠正较长的连续突发错误。 外交织采用的是基于字节的交织方式，交织深度i = 1 2 字节。交织数据字节 由误码保护包组成。并应由倒相或未倒相的m p f g - 2 同步字节区分界限，这样可 以保持2 0 4 字节的周期。图2 5 中给出了交织解交织的结构示意图。在交织 端数据进入交织罂之后，以1 2 个字节为周期依次输入每个分支。每个分支由 不同长度的先进先出( f z f 0 ) 的移位寄存器组成，这就使得一个周期中的每一个 字节经过交织器时都有不同的延时节拍。例如，输入第一个分支的字节经过1 2 1 7 个节拍后输出，第二个分支的需要2 x 1 2 1 7 个延时节拍，依次类推。为 了保证同步，s t n c 字节和8 t n c 字节总是指向交织器或解交织嚣的。0 ”分支。 解交织器各个分支的f i f o 长度和交织器刚好相反，因此经过交织没有延时 的数据要经过解交织中延时节拍最长的分支解交织输出即长度为2 0 4 的解交 织包 圈2 5 外交织嚣及解交织嚣原理圈 2 1 7 内编码和删余 外编码和外交织之后，数据包需由并行传输转为串行传输，因为内编码和 内交织系统是应用于串行比特流的。内码编码器由卷积编码实现该卷积码码 第2 章d v b - t 系统介绍 率为1 2 ，状态数为2 ”、= 6 4 。其中的l 7 是卷积编码的约束长度，它给出了在 卷积码编码过程中相关联的比特数。1 2 卷积编码器的结构图如图2 6 所示 该卷积码的解码方法采用的是v i t e r b i 译码器。 卜= ： 谚 ：彭多乡二一i l l o l l 模2 加法 圈2 6 卷积编码番，码率为z 2 从上图可以看出，码率为1 2 的编码器能产生一倍于原数据的冗余数据。 通过删余的方法，可以通过该卷积码产生其他码率的编码。删余是从1 2 码率 输出数据中系统的删除某些比特的方法。删余降低了编码结果的比特纠错能力 但同时也减少了编码冗余，这样可以降低传输时的比特净负荷，提高比特传输 率。d v b - t 标准中定义t 2 3 , 3 4 ，5 6 ，7 s 四种删余码率图z 7 给出了上述 码率的删余具体方式 第2 章d v b - t 系统介绍 圈2 7z 2 码率眷积码的删余方式 2 8 内交织 内交织的加入是为了降低接收机中连续突发错误对v i t e r b i 译码器的影 响。内交织也被称之为频域交织，因为此时二进制传输数据已经被映射到不同 频率的子载波上了。内交织包括比特交织和符号交织 2 1 a 1 比特交织 d v b - t 采用基于块结构的比特交织在进入交织前，删余结束后出来的数 据根据调制阶数和类型的不同，经过一个去复用器分为v 路比特数据流。之后 这些数据再进行交织。对于非分层模式，删余后码流去复用为v 个子码流，其 中，对o p s k , v - - 2 ：对1 6 q 巩v ：4 ；对6 4 q a m ，v = 6 。在分层模式中，具有高 优先级的码流去复用为2 个子码流，低优先级的码流去复用为v - 2 个子码流。由 1 3 第2 章d v m t 系统介绍 此可推出：对1 6 q a m 调制方式，具有高低优先级的码流均去复用为2 个子码流； 对咖调制，高优先级的码流去复用为2 个子码流，低优先级去复用为4 个予 码流。无论是均匀或非均匀的q 埘，上述方法均可使用。图2 8 所示为分层和非 分层模式下，三种调制方式下的去复用方式。在去复用器中，每一个输入比特 x i l 映射为比特交织的输入比特b m 这里的e 表示的是去复用后子码流标号( 0 e v ) 。每一个去复用器输出的子码流都进入一个独立的比特交织器进行交织处 理。根据标号1 0 到1 5 ，总共有6 个交织器。根据码流的调制方式。去复用之后 每个子码流再根据标号e 输入相对应的比特交织器。对q p s k 取1 0 和i l ，对1 6 q 棚 取i o 1 3 ，对6 4 q 心取i o 1 5 每个比特交织器都有独立的置换方式。 比特交织块的大小是1 2 6 比特，因此在2 k 模式下，每一个0 f 嗍符号的有效 数据在块交织中重复1 2 次( 1 2 x 1 2 6 = 1 5 1 2 b i t s ) ；在8 k 模式下，每个0 f 阴符号重 复船次( 4 8 1 2 6 = 6 0 4 8 b i t s ) 。 对每个比特交织器，其输入比特矢量定义为： b ( e ) = ( b - h ，k # ，k - 茹式中，o e v ( 2 2 ) 交织后的输出比特矢量a ( e ) = ( k “k ，“k 。) 定义为： 钆= b - ( r - o ，l ，2 ，1 2 5 ) ( 2 3 ) 其中，对每个交织嚣，置换函麴l ( - ) 是不同的，器，也( i ) 定义如下： i o ；心( - ) = t i l ： h l ( - ) = ( - + 6 3 ) m o d l 2 6 1 2 ；地( i ) = ( 叶1 0 5 ) m o d l 2 6 1 3 ；地( i ) = ( w + 4 2 ) w d l 2 6 1 4 #l i 0 = ( t + 2 1 ) m o d l 2 6 1 5 ：l k ( - ) = ( i + 8 4 ) m o d l 2 6 本质上可以看出，比特交织每1 2 6 个比特就循环置换一次，因此在一个以 1 2 6 比特为单位的交织块中每一个比特的位置都得刭了依次置换 v t t 特交织器的输出集合组成了数字数据符号，使得具有v 个比特的每个符 号正好由v 个交织器给出的v 个比特组成。因此，比特解交织嚣的输出是一个v 比特字，其输出的1 0 是m s b ，即： ，y 。= ( 札。a 地。，k k - ) ( 2 4 ) 1 4 第2 章d v b - t 系统介绍 图2 8 a 在非分层传输模式钟，输入比特到输出比特调制符号的映射 图2 曲在分层传输模式钟，输入比特判输出调制符号的映射 第2 章d v b - t 系统介绍 2 1 8 2 符号交织器 符号交织器用于将v 比特字映射在每个0 f d u 符号的1 5 1 2 ( 2 k 模式) 或6 0 4 8 ( 8 k 模式) 个有效载波上符号交织器在1 5 1 2 ( 2 k 模式) 或6 0 4 8 ( 8 k 模式，个数据符号 块上起作用，因此符号交织属于频域交织 符号交织的过程为首先将比特交织输出的n 。一1 - 1 w 比特字顺序写入矢量： y7 = ( ，b y j y h ，y - ，i )( 2 5 ) 之后对该矢量进行交织。其中对于2 k 模式，n , , = 1 5 1 2 。对于8 k 模式， k , = - - 6 0 4 8 。 经过交织后的矢i y = ( y o , y 一，h ，y k , - - ) 定义为： y l 蛐= y y = y 日m 当q = 0 。，h 。- - 1 且为偶符号时 当q = 0 ，m - - 1 且为奇符号时 ( 2 6 ) ( 2 7 ) 其中，在2 k 模式中k 为1 5 1 2 ，在8 k 模式中k 为6 0 4 8 。 o f d i 帧中的符号共鹋个，标号从0 到6 7 。其中标号为0 ，2 4 ，6 6 的为偶符 号，标号为1 ，3 ，5 ，6 7 的为奇符号在每一个o 嗍符号中符号交织需重复进 行鹋次。 图2 9 给出了儡符号和奇符号的符号交织规则 o f d m 儡符号 y = ( y o ，y 1 2 ，y h ，i ) 标号q n j心叫喇 标号h ( q ) o f d m 奇符号 f f ( y o y l ，y 2 i ，y h 口1 ) 0 s 国) 妇1 q = 0 n m a z 一1 i 岫= 1 5 1 2i n 2 k n m a _ i = 6 0 4 8i n s k 标号h ( q ) f ， 标号q y = ( y 0 ，y l ，y 2 ，。y - h )y 2 ( 撕y i ，y 2 ，k ，1 ) 圈2 9 符号交织嚣实现规则 1 6 第2 章d v b - t 系统介绍 h ( q ) 为d v b - t 标准中应用于蕊和8 k 模式的置换函数，h ( q ) 函数的产生器包 括一个反馈移位寄存器，线置换以及崛b 比特切换等图2 1 0 给出t 2 k 模式下 产生置换函数用的方法原理框图。 圈2 1 02 - 濮式下符号交织器地址发生原理圈 2 1 9 信号星座图和映射 符号交织器将v 比特符号分布在各个有效数据载波上经过了符号交织器 对v 比特符号的交织之后，映射器再依据给出的星座映射方式将v 比特字转换成 为复数形式的符号( 根据星座图上的对应星座点) ，星座调制方式采用h - o a t t 其 中的舡2 。d v b - t 采用了5 种不同的信号星座图：q p s k ( v f f i 2 ) ，均匀或非均匀的 1 6 - q 删( v = 4 ) 和6 4 - q 埘( v = 6 ) 。复数符号z 需要根据归一系数进行归一化，因 此归一化后的符号c 传输时和所有的数据单元能量均值是相等的。这些归一化 后的复兹数据符号之后经过帧形成过程，以适合o f d h 传输的形式发送至地面信 道。 衰2 1v 取值表 调制方式 v q p s k2 1 6 删4 6 4 删6 分层传输时，均匀调制和非均匀调制均可采用。而且高优先级和低优先级 数据流的卷积编码器也可以采用不同的码率。非均匀调制星座点集团之间具有 唯一定义的集团距离，因此q p s k 调制的信号载波相对于1 6 - q 删或6 4 - q 心，可以 1 7 第2 章d v b - t 系统介绍 在较低的s n r 下获得较好的接收性能。星座点集团之间的距离根据调制参数口 确定。该系数由相邻两个象限中的星座点之间的距离( d j 和同一个象限中的星 座点之间的距离( “) 决定图2 1 l 给出的是u = 4 时的1 6 咱埘星座图 b “i o 妇l 咖1 0 1 0 ，q l ll o l l1 1o 0 0 1 d 蚺暑8 _ d- - 4 d 知“ 口= 一 - 4 1 1 0 11 1 1 10 l l lo l o l - 6 i l 1 1 1 00 1 1 0o i 图2 儿非均匀l 阅删映射，口= 4 d v b - t 标准给该参数定义了三个值： 口= l ( 均匀调制) = 4 口= 2 和口= 4 ( 爿 均匀调制方式) 口越大，高优先级的码流越可靠，但低优先级的码流则要求更高的s 陬 值。非分层传输中使用口= l 的均匀调制方式。分层传输中均匀和非均匀调制方 式均可采用，口参数值也可以任选。因此通过选择合适的内码编码码率和星座 图，d v b - t 系统可以适用于多种具有不同性能参数的信道或者各种应用的需 求。 t i 第2 章d v b - t 系统介绍 2 1 1 00 f 明帧结构的配置 2 1 1 0 10 f 叫帧结构 传输信号由帧组成。每帧由鹋个o f i ) m 符号组成，持续期为t p 。每个o f 咖符 号根据标号分为偶符号和奇符号，持续时间为t ”由以下两部分组成： 持续期为1 1 j 的有用部分：该0 f d m 符号的有用部分是由一组子载波组 成的，2 k 模式下载波效为1 7 0 5 ，8 k 模式下载波数为6 8 1 7 。其中的 1 5 1 2 ( 2 k 模式) 和6 0 4 8 ( 8 k 模式) 个载波传输的是需传输的数据剩 下的子载波传输的是参考信息。 持续时间为的保护间隔，保护间隔与有用部分构成了周期性的 连续段，它插入在有用部分之前保护间隔和有用部分的比值 几可以取四个值，分别是l 4 ，l 8 ，1 1 6 ，1 3 2 。 每4 个0 f h 帧组成一个呼叫超帧( 如图2 1 2 c 所示) ，它保证了传输数据长度 是2 0 4 字节的r s 码误码保护包的整数倍，而无需加入任何填充零。不管选取哪 类信号调制星座图、哪个保护问隔长度、哪个码率或者任何信道带宽值，0 f i ) t l 超帧都能保证长度为m p e c , - 2 包长的整数倍 圈2 1 2 娜删盼号、帧、超帧结构图 第2 章d v b - t 系统介绍 2 1 1 0 2 参考信号 除了传输数据之外，每个0 f d m 帧中还包含了参考信号，称之为导频。导 颓单元在时域、频域上分布于0 f d m 帧内，并且都具有固定的幅度，相位： 散布导颓：这些导颓在时域和颓域上分散在各个0 p d 8 符号中它们 的发射功率比有效传输数据功率更高，即是在提升的功率上发射 的。o f 叫帧中散布导频在各个o f 叫符号中的位置都是不同的。它 的调制方法和具体位置产生方式在d v b - t 标准中有更详细的描述 插入的散布导频可以通过时域内插法和频域内插法用来对接收机 信道性能进行估计。 连续导频；连续导频在o f 嘲符号中随机分布，而且它在每一个符 号中的位置都是相同而且固定的，连续导频在传输中发射功率和 散布导频是相同的。它们在每个o f i ) m 符号中的固定位置在标准中 也已详细给出。连续导频的作用是为了接收机的同步化和相位误 差的估计。 图2 1 3 给出了几个连续的0 f d m r 号中的散布导频和连续导频的位置。不管 是在哪种模式下，在0 f i ) m 符号中第一个和最后一个载波均为连续导频，而且散 布导频和连续导频在位置上可能会有重叠，但因为它们具备共同的调制力式和 发射功率，因此是允许重叠的 圈2 1 3 靛布导顿及连续导撷的位置 之1 1 0 3 传输参数信令 传输参数信令1 p s 载波用于给出传输方案的参数，例如调制方式，分层信 息，保护间隔长度，内编码码率传输模式和超帧中的帧指示等参数。这些信 第2 章d v b - t 系统介绍 息可以帮助接收机确定传输的具体模式。t p s 信令长为朗比特，e d z p s 载波用 d b p s k 调制，并传输相同的信息。在2 k 模式下，每个o f i ) m 符号中有1 7 个载波是 t p s 载波：8 k 模式下，有韶个载波是t p s 载波。一个o f b m 符号中的载波只传输 t p s 信令中的一个比特，因此完整的t p j 信令需要通过船个0 f 瑚符号即一个0 f 蹦 帧来传输。图2 1 4 中给出了每个o f d m 帧中的t p s 位置，每个符号都只标出