地面数字电视国标中调制器的设计与实现

任彦霖

摘 要：本文首先详细地研究了中国数字电视地面传输标准（简称国标），以及支持全模式下的低复杂度调制器的硬件实现方案。然后在总体考虑了系统的实现目标以及功能等问题之后，设计实现了地面数字电视调制器的硬件平台。对于硬件平台以及调制器的硬件程序的调试进行了解释说明。最后本文对电路的实现过程中遇到的问题以及解决的方法进行了详细总结。

关键词：数字电视；调制器；硬件平台

1 中国数字电视地面传输标准

1.1 数字电视的现状

当今社会，世界各国都特别关注对于数字电视领域的研究和开发，而我国作为数字电视的产量与销量大国更要重视这一重要行业的发展。因此我国政府为了制定具有完全自主知识产权的有关标准进行了全局性的组织和规划，同时制定了我国自己的地面数字电视传输标准。

目前，全球共有三种数字电视地面传输系统方案成为了国际标准。包括美国ATSC欧洲DVB-T和日本ISDB-T，其中DVB-T和ATSC两套标准占主导地位。

1.2 数字电视地面传输中国标准的制定

我国广播电视的主管单位和国家广电总局共同组织我国的相关专家制定了数字电视和数字清电视的标准，其中包括数字卫星传输标准和数字有线电视传输标准等数十项关于数字高清电视和数字电视地演播室标准。融合了清华大学的多载波方案和上海交通大学的单载波方案的《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》已经于2006年8月18日被批准正式通过，并于2007年8月1日起实施。国标不仅可以支持单载波，同时也支持多载波；在8M Hz的电视带宽之内能够传输32Mbps的固定速率或者24Mbps的可移动速率；国标支持开展标清电视业务以及高清电视业务；标准支持包含固定接收与移动接收在内地多种接收模式。

2 调制器硬件平台和系统的设计

2.1 设计目标以及功能要求

本硬件平台要求能够在电路板上完整地实现整个数字电视发射端编码调制的功能，其中包括信源的输入，数据处理以及信号输出的各个部分。另外，还要设计电源和电路，测试以及下载电路等等。数字电视的标准繁多，但是基本的结构是很类似的，为了能够有效地利用该硬件平台，我们应将该提高平台的通用性，让平台既能达到中国数字电视标准，也可实现DVB-C、DVB-H和DMB-T等标准的调制器，使数据既可通过ASI或者SPI接口进行输入，也可通过USB接口进行输入。

2.2 系统分类

根据解调器系统设计的目标和功能要求，可以将系统大致的分为六大部分：⑴数据处理部分：系统的数据处理部分全部集中在FPGA的内部，因为交织部分所需的RAM资源较大，而FPGA内部的RAM不够用，因此在FPGA的外部放置了一个较大容量的RAM芯片。⑵供电部分：本硬件平台不仅有模拟部分，还有数字部分，所需的电压种类也很多，并且FPGA内核的耗电量较大，尤其是在上电瞬间电流非常大，因此供电这一部分的设计很繁杂。⑶接口部分：为了方便解调器在各种情况下都能够使用，本平台既可以以SPI格式进行输入和输出数据，又有ASI接口电路，可以将输入的ASI格式的数据转换成SPI格式的TS数据流然后输入，另外还可以通过USB接口从电脑上输入TS流数据。⑷程序下载以及控制电路：可以为FPGA设计JTAG和AS两种下载方式，调试电路的时候通过JTAG接口下载，当程序不需改动时则通过AS接口把程序下载在片外的FLASH里，这样以后通电后就能够自动加载程序，而不用每次上电都重新下载。⑸模拟电路部分：這一部分设计两路输出，一路的基带信号经过D/A变换之后放大输出，另外一路在数字变频处理以后对信号进行放大再输出。⑹调试电路部分：若要方便调试，在板子上还应放置测试排针、开关和LED指示灯等。

3 调制器的调制与实现

3.1 硬件平台的调试

电路板最关键的部分就是供电部分，对电路的调试必须从电源开始。首先查看电路板上元件的焊接是否正确，其中特别要测注意是否有短路情况的发生。然后测试电源模块的输入是否准确，如不够准确则应旋转微调螺钉将其调整精确，最后调试电平转换芯片，看其输出能否达到要求。

下载部分的电路将是电路板成型以后最常用的部分，因此这一部分电路一定要特别稳定可靠。首先要检查下载电路中有没有漏焊、虚焊或者错焊的情况，然后再编写一个简单程序，并通过JTAG口下载到电路板上，测试输出的信号是否正常。

3.2 调制器硬件程序的调试

作为组成调制器的重要部分，编码的电路必须能够流水处理，实现线性时间编码；

基于比特的编码电路，所编出来的码字不能存在误差问题，必须保证是准确无误的；编码电路必须要能够在系统所要求的各种时钟速度下稳定地进行工作，即保证编码器的工作时钟不能低于系统所要求达到的最高工作时钟。

无论BCH编码还是LDPC编码，我们都是采用线性编码的方法，将数据串行输入，当信息位的输入完成时，校验位恰好完成全部编码。虽然编码器的输入与输出时钟是一样完全的，使编码增加了校验位，导致数据的有效长度变长，但是我们所采用地信号结构在每一帧数据之后都留了空位，编码以后只能填充一部分空位，因此足以完成线性编码，并且保证电路有充裕的时间可以进行复位操作。

[参考文献]

[1]吴松炎，管云峰，余松煜，等.“非基2点FFT处理器的设计与实现.电视技

术”.2007年第31卷第1期.

[2]陆大金.“随机过程及其应用”.清华大学出版社，1986.

[3]夏宇闻.“Verilog数字系统设计教程”.北京航空航天大学出版社.2005.