DVB-S 码型研究及信道编码FPGA实现(4)

DVB-S码型研究及信道编码的FPGA

RS码，构成（204，188）RS码，这也可以称为外编码。第二个附加纠错码的FEC一般采用卷积编码，又称为内编码。外编码和内编码结合一起，称之为级联编码。级联编码后得到的数据流再按规定的调制方式对载频进行调制。

前向纠错码（FEC）的码字是具有一定纠错能力的码型，它在接收端解码后，不仅可以发现错误，而且能够判断错误码元所在的位置，并自动纠错。这种纠错码信息不需要储存，不需要反馈，实时性好。所以在广播系统（单向传输系统）都采用这种信道编码方式。

4.1、扰码(M序列)

进行基带信号传输的缺点是其频谱会因数据出现连“1”和连“0”而包含大低频成分，不适应信道的传输特性,也不利于从中提取出时钟信息。解决办法之一是采用扰码技术,使信号受到随机化处理，变为伪随机序列，又称为“数据随机化”和“能量扩散”处理。扰码不但能改善位定时的恢复质量，还可以使信号频谱平滑，使帧同步和自适应同步和自适应时域均衡等系统的性能得到改善。

扰码虽然“扰乱”了原有数据的本来规律，但因为是人为的“扰乱”，在接收端很容易去加扰，恢复成原数据流。实现加扰和解码，需要产生伪随机二进制序列（PRBS）再与输入数据逐个比特作运算。PRBS也称为m序列，这种m序列与TS的数据码流进行模2加运算后，数据流中的“1”和“0”的连续游程都很短，且出现的概率基本相同。

原理：在经信道编码(按MPEG一2标准)和传输流复用之后，传输流将以固定数据长度组织成数据帧结构。DVB标准的传输流复用帧的总长度为188字节，其中包括同步字节47H(01000111)。发送端的处理总是从同步字节(47H)的最高位(MSB)开始。每8个数据帧为一帧群的起始点，第一个数据帧的同步字节每个比特翻转，即由47H变为BSH，而第2至第8个数据帧的同步字节不变。这样，在接收端只要检测到翻转的同步字节，就说明一个新帧群开始。扰码发生器将第一个数据帧的同步字节翻转，之后的字节进行加扰处理。

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（图4.2） 上图中，PN码发生器的寄存器初始值为：100101010000000。MPEG2数据流中，每8 个数据帧组成一个数据组。PN码发生器的寄存器在传输每一个数据组的开始时初始化一次，为了提供该初始化信号，每一组数据中的第一个MPEG2数据帧的同步字节按比特反转，即47H反转为B8H。而MPEG2数据流中所有同步字节不参与扰码。

数据

扰码编码示意图 15bit寄存器

位运算 寄存器右移

扰码码型 字节异或

（图4.3）

数据输出 注：1、PN码发生器的寄存器初始值置为：100101010000000。

2、PN码发生器在传输每一个数据组（8个数据帧）时初始化一次。 3、每一组数据中的第一个MPEG2数据帧的同步字节按比特反转。 4、MPEG2数据流中所有同步字节不参与扰码。

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VHDL程序及 quartus ii 编译图

*（本文以下程序未设计比特反转）。

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity interl is port (

a : in std_logic_vector(7 downto 0); b : out std_logic_vector(7 downto 0); clk : in std_logic); end entity;

architecture one of interl is

signal seq : bit_vector(14 downto 0):=\signal sel : bit_vector(14 downto 0):=\signal me : bit_vector(7 downto 0):=\signal te : bit_vector(7 downto 0):=\

begin

process (clk) begin

IF(clk'event and clk='1') then for i in 7 downto 0 loop

te(i)<= seq(14) xor seq(13); sel<=seq srl 1; sel(0)<=te(i);

end loop; me<=te; seq<=sel;

b<=to_stdlogicvector(me) xor a; end if;

END PROCESS; END ONE;

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（图4.4）

4.2、（204,188）RS码

数字信号在传输过程中可能受到各种干扰及信道传输特性不理想的影响使信号发生错误，从而接收到错误的信息。为了实现数字系统在传输过程可靠性，几乎所有的现代通信系统都把纠错编码作为一个基本组成部分。

(RS)码是目前最有效、应用最广的差错控制编码之一，是一类有很强纠错能力的多进制BCH码，它既可以纠正突发错误，也可以纠正随机误。RS码是性能很优越的分组码，尤其是具有很强的抗突发误码的能力，此被广泛应用于实时性较高的移动通信系统、深空通信、数字卫星电视、磁录系统等方面。在RS(n，k)码中，输入的信息分成kxm比特一组，每组包括k个符号，每个号由m比特组成。RS(n，k)码的纠错能力为怜(n一k)/2，最小码距为d=2t+l。在所的(n，k)线性分组码中，Rs码的最小码矩是最大的，所以Rs码的纠错能力是强的。在接收端收到码流后，如果在一个包内发生的误码不大于t个字节，则可以在接收端重建原始的信息内容在一个字节中，有一位或多位比特发生错误都算一个字节错误。因此RS编码特别

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适用于存在突发错误的信道。DVB系统信道编码中RS码为(204，188，t=8)，其中t是可抗长度字节数，对应的188符号，监督段为16字节(开销字节段)。实际中实施(255，239，t=8)的RS编码，即在204字节(包括同步字节)前添加51个全“0’’字节，产生RS码后丢弃

前面51个空字节，形成截短的(204，188)RS码。RS的编码效率是:188/204 包含有限个元素的“域”被称为“有限域”或叫作伽罗华域，记为GF(q)。若在有限域GF(q)中，某一元素a的n次幂为q一1，则称a为本原元素。本原元素的各次幂构成有限域GF(q)的所有元素，每个有限域都有其本原元素，系数取自GF(q)上的，以GF(q)中的本原元素为根的最小多项式p(x)称为本原多项式。（n，k)分组码中，任何两个码字之间距离的最小值，称为该分组码的最小汉明距离。是衡量码抗干扰能力的重要参数，最小汉明距离越大，码的抗干扰能力越强。(n，k)线性分组码能够纠正t个错误的充要条件是码最小距离Dmin。RS(Reed一Solomon)码在伽罗华域(GF，GaloisField)中运算，其表示形式为RS(n，k)。当编码器接收到一个数据信息序列，该数据信息序列被分割k的信息块，并通过运算将每个数据信息块编码成长度为n的编。在RS码中的码元符号不是二进制而是多进制符号，其中2的m次幂加进制使用更为广泛。

（图4.5）

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