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【关键词】数字电视 广播传输系统 FPGA
在技术的推动下，当前电视逐渐充财社电
视向数字化和高清晰度方向麦基。与传统模拟
电视相比，数字电视的信号处理、传输及传播
都发生巨大变革，数字电视的图像和声音质量
都会远远超过传统模拟电视。经过研发人员的
坚持不懈，我国的数字电视地面广播（DTTB）
也取得巨大进展，政府于2006 年颁布了数字
电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和
调制标准。数字电视地面广播传输系统发端从
TS 码流到信号转换，数据码流经过了一系列
处理后形成基本数据块，再经帧体数据处理后
形成信号帧，信号帧经基带后处理、变频处理
生成射频信号，最后放大信号后发射。
1 FPGA设计实现方案
本研究设计的数字地面电视广播传输系
统中，发端FPGA 是实现系统各个模块功能的
基础，如FPGA 芯片负责数字基带、专用器件
负责完成数字变频和D/A 转换。该设计方式
优点在于系统结构简单灵活，方便调试系统，
发端FPGA 设计方案详见图1。发端FPGA 外
部包含一个时钟控制单元，通过锁相环生成各
个模块的工作时钟，总控制单元负责各模块启
动和数据传输工作中。
2 信道编码及星座映射的FPGA设计
信道编码及星座映射包含随机化、前向
纠错编码以及复用三个内容。
2.1 随机化
是指输入的数据马六和比特码流分经过
结构变化及逐位模二加后生成数据扰乱码，本
方案通过移位寄存器生成随机序列，序列多项
式定义为G（x）=1+x14+x15。首先，通过信号
帧开始信号生成移位寄存器的初始化信号，使
寄存器开处于初始化状态，时钟同步循环，并
生成为伪随机序列，根据位与输入数据流模二
方式开始计算，达到随机输入数据的效果。
2.2 前向纠错编码
通过外码和内码协同实现，计数器通过
对移位寄存器的循环及复位进行控制，以生成
合适码长。根据生成矩的特点，内码编码首先
文/张富
结合国家标准GB-20600-2006
相关要求，对数字电视广播传输
系统发端结构进行分析，提出发
端FPGA 设计与实现方案，重点对
数字逻辑部分的FPGA 设计进行分
析，包括信道编码及星座映射、
信道调制、信号数据帧的设计与
实现。
摘 要
将循环矩阵行信息存储至移位寄存器内，再和
输入数据进行同步循环移位。单个时钟内，只
能完成一位输入数据与相对应相乘运算。获得
运算结构后，依据位异或并方式，将结果存入
对应的寄存器内，从而并行处理输入数据与循
环矩各列的运算及结果相加。并行使用以上结
构可通过控制循环矩行信息重新复位，可到的
内码的校验位，再输入信息位复用，即可获得
完整的内码码字。
2.3 星座映射与交织
星座映射采用ROM 查找方式处理，首先
将星座映射后形成的星座符号扩展为码字，按
照一定迅速存储至ROM，映射方式控制信号
控对输入码流进行控制，并将输入码流分解为
宽度合适的码字，映射方式控制信号同时对其
进行处理，将输入码流生成ROM 地址。系统
根据地址读取ROM 信息和输出符号位[]。交
织的时域符号在多个信号帧基本数据块之间完
成，编码方式选用卷积交织变法方式，该方式
以星座符号为基础。时域交织工作模式分为两
种，但是两种工作模式的结构相同，仅M 取
值存在差异。当M-2，所需存储器资源更多，
使用移位寄存器会增大硬件消耗，因而本研究
采用外部SDRANM 完成，欧诺个古控制模式
生成存储读取地址后，控制器进行读写操作，
从而完成时域交织。
3 信道调制设计
信道调制设计包括频域交织、OFDM 调
制以及两个部分，系统信息为6 bits 扩频前的
系统信息，通过ROM 地址查找将其扩展为32
bits，复用4 bits 真帧体模式符号产生36 位系
统信息复数符号。在单载波模式中，无需任何
处理，可直接生成是时域信号帧。而在多载波
模式中们需要在频域交织后，通过OFDM 调
制生成时域信号帧。
3.1 频域交织
频域交织是服用后3780 点交织，本系统
采用双口RAM 存储方式对进行处理，初始阶
段，将交织输出符号序号存入ROM，再按照
一定顺序将数据存入RAM，并依据存储序列
地址作为RAM 读取顺序，从而完成频域交织。
本系统设计了的两块相同的RAM，输入信号
和输出数据均有控制信号交替存储完成，从而
实现实时处理输入信号。
3.2 OFDM调制
本方案的OFDM 调制模块通过3780 点
IFFT 实现，由于3780 并非2 的幂次方，因而
采用基于存储器的3780 点FFT 实现，而非传
统基2 或基4。3780 点DFT 分别经过60 次
63 点DFT、乘以旋转因子矩阵以及进行63 次
60 点DFT 实现。60 点和63 点DFT 的均采用
WFTA 算法，并利用5 级WFTA 和1 个旋转
因子矩阵获得整个3780 点FFT。
4 信号数据帧实现
信号帧包括帧头及帧体，我国相关标准
提出了3 种帧头模式，不同帧头模式的长度不
同，但是每种帧头模式的生成方式具有相似之
处。帧头产生结构为伪随机二进制序列，再利
用移位寄存器生成帧头。控制模块控制序列生
成模块，计数器生成额定长度序列，最后有数
据选择器服用帧头和帧体。由于信号帧帧头的
PN信号不通，因而可以将PN信号识别信号帧，
但是需要事先设置计数器的选择初始状态值，
并利用数据选择器确定输出帧体数据的控制信
号，事先控制移位寄存器的初始化。
5 结语
本方案仅对数字电视地面广播传输系统
发端FPGA 的数字逻辑和转换装置进行分析，
并采用自上而下的设计原则进行分析。在实际
应用中，还可通过I/Q 调制器和变频器达到上
变频作用，再结合模拟上变频器和射频发射设
备，才形成完整的发射前端。
参考文献
[1] 张高健, 杨刚, 杨霖等. 基于ARM+FPGA
的多路广播音频处理系统[J]. 电声技
术,2015,39,(12):68-70+83.
[2] 韩跞锎, 吴志峰, 郭晓华. 探讨地面数
字广播电视发送系统的设立[J]. 科技展
望,2015,25,(28):14.
[3] 张新权. 广播电视微波传输数字化改造探
讨[J]. 科技与创新,2014,(3):137-138.
[4] 焦耀晗, 徐鹏, 杜红棉, 刘帆, 梁永
烨. 基于FPGA 和无线通信的炮口冲击波
测试系统设计与实现[J]. 传感技术学
报,2014,(11):1585-1588.
[5] 韩文芳. 数字电视地面广播传输系
统参数和工作模式分析[J]. 电子质
量,2015(11):76-80+88.
作者简介
张富（1978-）， 男， 内蒙古呼和浩特人，
大学本科学历，现为国家新闻出版广电总局
六九四台工程师。主要研究方向为广播电视维
护。
作者单位
