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FPGA如何使用RAM分区循环移位法实现解交织器

gh_9d70b445f494 ? 来源:电子设计应用 ? 作者:fengfeng ? 2021-09-28 17:53 ? 次阅读

本文分析了卷积交织和解交织的基本原理,然后采用AlteraFPGA器件,用RAM分区循环移位法来实现解交织器。无论从理论上,还是从计算机仿真和综合结果上来分析,都可以看出用这种方法来实现DVB-C解交织器能有效地节省硬件资源。

卷积交织和解交织原理简介

在DVB-C系统当中,实际信道中的突发错误往往是由脉冲干扰、多径衰落引起的,在统计上是相关的,所以一旦出现不能纠正的错误时,这种错误将连续存在。因此在DVB-C系统里,采用了卷积交织来解决这种问题。它以一定规律扰乱源符号数据的时间顺序,使其相关性减弱,然后将其送入信道,解交织器按相反规律恢复出源符号数据。

DVB-C的卷积交织和解交织原理为:交织由I=12(I为交织深度)个分支构成。每个分支的延时逐渐递增,递增的单元数M=n/I=204/12=17(M为交织基数)。这里的数据单位为字节。0支路无延时,1支路延时17个符号周期,11支路则延时l7×11个符号周期。输入端有一开关随着时间推移依次连接各个延时支路,输出端有一开关与输入端一一对应,同步连接各延时支路。

解交织器的实现

解交织器的FPGA实现原理

本文采用RAM分区循环移位法来实现,因为RAM里面暂存一位数据,只需要用一个逻辑门大小的资源,比基本寄存器暂存一位数据需要12个逻辑门大小的资源要优化很多。用RAM分区循环移位法来实现解交织器,就是把RAM分成11个区。每个区的大小为(单位为字节):

Ni=M*(I-i-1)(i=0,1,2, …,(I-1))

这里i为RAM所分区的区号。

因为11支路不需要延时,所以 RAM的11分区大小即N11为0。本文在RAM前面设置一个地址控制器,这是解交织器关键的一步。RAM每区有一个首地址和区内偏移地址,分别用一个寄存器来存储。在地址控制器里产生每区的首地址和区内偏移地址,从而进一步产生RAM的读写地址。

解交织器的FPGA实现

把解交织器的深度I和基数M设成参数,以增强程序的通用性。如果以后设计的解交织器的系数I和M需要改动,只要把参数值重新设置一下就可以了,不需要改动程序。由前面的计算可知,解交织器总共需要延时的比特数,也就是RAM的大小应该为8976比特。

可以用下面一段程序实现首地址的初始化:

FirstAddr[0]=0;

for(i=1;i《(i-1);i=i+1)《 span=“”》

FirstAddr[i]=(I-i)*M+FirstAddr[i-1];

也就是说0~11支路的首地址在RAM中分别为0,187,357,510,646,765,867,952,1020,1071,1105。

RAM每区的字节数可以由参数来表示,即为(I-i-1)*M,i为分支号。

每区内偏移地址SectAddr[i]初始化为0,每写入一个数据,递增1并与由参数表示的每区的字节数进行比较,若两数相等,则SectAddr[i]重新设为零,保证区内偏移地址在每区内循环移动。

由上可知,RAM每区的读写地址为:FirstAddr[i]+SectAddr[i](i为RAM分区号)

RAM每区的读写地址相同,也就是先读出给定地址单元的数据后,再写入新的数据。这里要同时发生读写操作,所以要使用双口RAM。每隔一个时钟周期,RAM读写指针就跳到下一个RAM区,这样读写指针在RAM的11个区循环移动,实现解交织。

Clk为时钟信号,Reset为异步复位信号,ClkEn为时钟使能信号,高电平有效,FrameFirstIn为帧同步信号,高电平有效。DeinterleaverIn为输入数据。设计时要注意数据同步问题,要不然会造成数据错位,导致设计的失败。DeinterleaverIn为了在selector模块输入时和RAM的输出数据q保持同步,要作相应的延时,同步延时后DataIn4,同理,对应地RAM的输入数据DataIn1,selector模块的使能信号ClkEn4等也是经过同步处理得到。Flag为selector模块的选择控制信号,当Flag信号为0~10时,选择RAM的输出数据q作为输出,而当Flag=11时,则选择DeinterleaverIn经过同步处理后的数据DataIn4作为输出,从而保证在解交织器的11支路实现无延时输出。在解交织器的最前面输出的字节有些是无效的,加一个DataEffect模块是为了等全部字节都有效时,才把FrameFirstOut信号置高,告诉后面的模块数据开始全部有效。

从资源利用方面考虑,使用RAM分区循环移位法来实现DVB-C解交织器比全部用基本寄存器或用配置FIFO的方法来实现要优化得多。

为了更好地验证,本文把设计在synopsys 公司的synplify pro软件环境下进行综合,选用Altera公司的Cyclone EP1C12Q240C8器件。因为使用了软核IP,所以再把生成的*.vqm文件导入synopsys公司的QuartusII 软件进行再综合,选择同样的器件类型和型号,结果说明采用双口RAM设计所使用的逻辑单元较少,而且使用的8976比特RAM资源占用了Cyclone器件中的3个M4K,只有全部存储资源的3%。

结语

虽然采用卷积交织会在刚开始传输数据的时候输出一些无效数据,在系统中引入一定的延时,但是它能把突发干扰造成的突发错误分散成随机错误,利于RS纠错,这样一权衡,有延时也是很值得的。本文利用EDA工具完成解交织器的设计,并且采用Verilog和原理图协同输入的设计方法,大大提高了设计效率。这里设计的解交织器具有通用性,如果要用不同深度I和基数M的解交织器,只要重设程序里的参数值就可以了,非常方便。

责任编辑:haq

原文标题:用RAM分区循环移位法来实现解交织器

文章出处:【微信号:gh_9d70b445f494,微信公众号:FPGA设计论坛】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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