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卷積交織和解交織原理簡(jiǎn)介 在DVB-C系統當中，實(shí)際信道中的突發(fā)錯誤往往是由脈沖干擾、多徑衰落引起的，在統計上是相關(guān)的，所以一旦出現不能糾正的錯誤時(shí)，這種錯誤將連續存在。因此在DVB-C系統里，采用了卷積交織來(lái)解決這種問(wèn)題。它以一定規律擾亂源符號數據的時(shí)間順序，使其相關(guān)性減弱，然后將其送入信道，解交織器按相反規律恢復出源符號數據。 DVB-C的卷積交織和解交織原理為：交織由I=12(I為交織深度)個(gè)分支構成。每個(gè)分支的延時(shí)逐漸遞增，遞增的單元數M=n/I=204/12=17(M為交織基數)。這里的數據單位為字節。0支路無(wú)延時(shí)，1支路延時(shí)17個(gè)符號周期，11支路則延時(shí)l7×11個(gè)符號周期。輸入端有一開(kāi)關(guān)隨著(zhù)時(shí)間推移依次連接各個(gè)延時(shí)支路，輸出端有一開(kāi)關(guān)與輸入端一一對應，同步連接各延時(shí)支路。 解交織器的實(shí)現 解交織器的FPGA實(shí)現原理 本文采用RAM分區循環(huán)移位法來(lái)實(shí)現，因為RAM里面暫存一位數據，只需要用一個(gè)邏輯門(mén)大小的資源，比基本寄存器暫存一位數據需要12個(gè)邏輯門(mén)大小的資源要優(yōu)化很多。用RAM分區循環(huán)移位法來(lái)實(shí)現解交織器，就是把RAM分成11個(gè)區。 每個(gè)區的大小為(單位為字節)： Ni=M*(I-i－1)(i=0，1,2, …,(I-1)) 這里i為RAM所分區的區號。 因為11支路不需要延時(shí)，所以 RAM的11分區大小即N11為0。本文在RAM前面設置一個(gè)地址控制器，這是解交織器關(guān)鍵的一步。RAM每區有一個(gè)首地址和區內偏移地址，分別用一個(gè)寄存器來(lái)存儲。在地址控制器里產(chǎn)生每區的首地址和區內偏移地址，從而進(jìn)一步產(chǎn)生RAM的讀寫(xiě)地址。 解交織器的FPGA實(shí)現 把解交織器的深度I和基數M設成參數，以增強程序的通用性。如果以后設計的解交織器的系數I和M需要改動(dòng)，只要把參數值重新設置一下就可以了，不需要改動(dòng)程序。由前面的計算可知，解交織器總共需要延時(shí)的比特數，也就是RAM的大小應該為8976比特。 可以用下面一段程序實(shí)現首地址的初始化： FirstAddr[0]=0; for(i=1;i<(I-1);i=i+1) FirstAddr=(I-i)*M+FirstAddr[i-1]; 也就是說(shuō)0~11支路的首地址在RAM中分別為0，187，357，510，646，765，867，952，1020，1071，1105。 RAM每區的字節數可以由參數來(lái)表示，即為(I-i-1)*M，i為分支號。 每區內偏移地址SectAddr初始化為0，每寫(xiě)入一個(gè)數據，遞增1并與由參數表示的每區的字節數進(jìn)行比較，若兩數相等，則SectAddr重新設為零，保證區內偏移地址在每區內循環(huán)移動(dòng)。 由上可知，RAM每區的讀寫(xiě)地址為：FirstAddr＋SectAddr(i為RAM分區號) 圖1所示的就是由Altera MegaWizard工具配置的雙口RAM。RAM每區的讀寫(xiě)地址相同，也就是先讀出給定地址單元的數據后，再寫(xiě)入新的數據。這里要同時(shí)發(fā)生讀寫(xiě)操作，所以要使用雙口RAM。每隔一個(gè)時(shí)鐘周期，RAM讀寫(xiě)指針就跳到下一個(gè)RAM區，這樣讀寫(xiě)指針在RAM的11個(gè)區循環(huán)移動(dòng)，實(shí)現解交織。 圖1 解交織器的實(shí)現框圖 圖2為解交織器在Mentor公司的Modelsim SE環(huán)境下的邏輯仿真圖。Clk為時(shí)鐘信號，Reset為異步復位信號，ClkEn為時(shí)鐘使能信號，高電平有效，FrameFirstIn為幀同步信號，高電平有效。DeinterleaverIn為輸入數據。設計時(shí)要注意數據同步問(wèn)題，要不然會(huì )造成數據錯位，導致設計的失敗。DeinterleaverIn為了在selector模塊輸入時(shí)和RAM的輸出數據q保持同步，要作相應的延時(shí)，同步延時(shí)后DataIn4，同理，對應地RAM的輸入數據DataIn1，selector模塊的使能信號ClkEn4等也是經(jīng)過(guò)同步處理得到。Flag為selector模塊的選擇控制信號，當Flag信號為0~10時(shí)，選擇RAM的輸出數據q作為輸出，而當Flag=11時(shí)，則選擇DeinterleaverIn經(jīng)過(guò)同步處理后的數據DataIn4作為輸出，從而保證在解交織器的11支路實(shí)現無(wú)延時(shí)輸出。在解交織器的最前面輸出的字節有些是無(wú)效的，加一個(gè)DataEffect模塊是為了等全部字節都有效時(shí)，才把FrameFirstOut信號置高，告訴后面的模塊數據開(kāi)始全部有效。 圖2 解交織器的Modelsim仿真圖 從資源利用方面考慮，使用RAM分區循環(huán)移位法來(lái)實(shí)現DVB-C解交織器比全部用基本寄存器或用配置FIFO的方法來(lái)實(shí)現要優(yōu)化得多。 為了更好地驗證，本文把設計在synopsys 公司的synplifypro軟件環(huán)境下進(jìn)行綜合，選用Altera公司的Cyclone EP1C12Q240C8器件。因為使用了軟核IP，所以再把生成的*.vqm文件導入synopsys公司的QuartusII 軟件進(jìn)行再綜合，選擇同樣的器件類(lèi)型和型號，結果說(shuō)明采用雙口RAM設計所使用的邏輯單元較少，而且使用的8976比特RAM資源占用了Cyclone器件中的3個(gè)M4K，只有全部存儲資源的3%。 結語(yǔ) 雖然采用卷積交織會(huì )在剛開(kāi)始傳輸數據的時(shí)候輸出一些無(wú)效數據，在系統中引入一定的延時(shí)，但是它能把突發(fā)干擾造成的突發(fā)錯誤分散成隨機錯誤，利于RS糾錯，這樣一權衡，有延時(shí)也是很值得的。本文利用EDA工具完成解交織器的設計，并且采用Verilog和原理圖協(xié)同輸入的設計方法，大大提高了設計效率。這里設計的解交織器具有通用性，如果要用不同深度I和基數M的解交織器，只要重設程序里的參數值就可以了，非常方便。 |
