基于Nios II DTMB單頻網(wǎng)適配器設(shè)計(jì)

1 引言

作為地面數(shù)字電視的組網(wǎng)方式之一，單頻網(wǎng)(SingleFrequendy Network，SFN)具有節(jié)省頻率資源和能實(shí)現(xiàn)大范圍無(wú)線覆蓋的特點(diǎn)，在世界各地得到廣泛應(yīng)用。組建單頻網(wǎng)要解決的一個(gè)難題是發(fā)射機(jī)的同步問(wèn)題，為此單頻網(wǎng)引入了GPS接收機(jī)和單頻網(wǎng)適配器來(lái)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的同步。

2006年8月具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的DTMB標(biāo)準(zhǔn)正式確定為中國(guó)地面數(shù)字廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)中，系統(tǒng)的信號(hào)幀與絕對(duì)時(shí)間同步，與DVB-T等標(biāo)準(zhǔn)相比，實(shí)現(xiàn)單頻網(wǎng)更具優(yōu)勢(shì)。

2 單頻網(wǎng)適配器總體實(shí)現(xiàn)方案

單頻網(wǎng)主要有中心發(fā)射站的單頻網(wǎng)適配器、GPS接收機(jī)、中轉(zhuǎn)站的同步系統(tǒng)以及支持單頻網(wǎng)模式的調(diào)制器組成。在中心發(fā)射站，單頻網(wǎng)適配器每隔一個(gè)兆幀就往MPEG-2碼流中插入一個(gè)MIP包(Mega-frame Initial-ization Packet)。MIP包中攜帶有傳輸參數(shù)信令(TPS)、同步時(shí)間標(biāo)簽(STS)和最大延遲等重要參數(shù)。經(jīng)單頻網(wǎng)適配器處理的碼流通過(guò)初級(jí)分布網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街修D(zhuǎn)站后，中轉(zhuǎn)站的同步系統(tǒng)從MIP中提取出TPS等重要信息后調(diào)整本地發(fā)射機(jī)的發(fā)射時(shí)間和頻率，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步。

DTMB的單頻網(wǎng)適配器主要由FPGA實(shí)現(xiàn)的核心功能模塊和基于Nios II軟核CPU實(shí)現(xiàn)的控制模塊組成，如圖1所示。核心功能模塊即適配器模塊，主要實(shí)現(xiàn)MIP包計(jì)算和插入，可編程參考時(shí)鐘(PCR)校正，傳輸流速率適配以及DS3輸出接口的適配；控制模塊主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互部分如鍵盤(pán)和LCD的控制以及適配器模塊工作方式的控制。

圖1中，F(xiàn)LASH，SRAM和SDRAM用來(lái)存儲(chǔ)FPGA的配置信息和系統(tǒng)控制程序，DDS模塊用來(lái)產(chǎn)生輸出碼流所需時(shí)鐘。通過(guò)鍵盤(pán)和LCD接口，用戶(hù)可設(shè)置系統(tǒng)的工作模式，了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)。2路ASI碼流經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的接口芯片后輸入到 FPGA，適配器模塊根據(jù)用戶(hù)的設(shè)置在碼流中插入相應(yīng)的MIP包，最終輸出為2路ASI接口的碼流，一路光纖接口的碼流，一路DS3接口的碼流。

適配器模塊作為自定義組件通過(guò)Avalon總線掛接在Nios II系統(tǒng)中，它與Nios II的接口如圖2所示。

Nios II通過(guò)設(shè)置適配器模塊(技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1)內(nèi)的控制寄存器來(lái)控制適配器模塊，通過(guò)讀其內(nèi)部的狀態(tài)寄存器了解工作狀態(tài)，或通過(guò)中斷信號(hào)產(chǎn)生報(bào)警信息。