基于Nios II DTMB單頻網(wǎng)適配器設計

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)省頻率資源和能實現(xiàn)大范圍無線覆蓋的特點，在世界各地得到廣泛應用。組建單頻網(wǎng)要解決的一個難題是發(fā)射機的同步問題，為此單頻網(wǎng)引入了GPS接收機和單頻網(wǎng)適配器來實現(xiàn)全網(wǎng)的同步。

2006年8月具有自主知識產(chǎn)權的DTMB標準正式確定為中國地面數(shù)字廣播傳輸標準，該標準中，系統(tǒng)的信號幀與絕對時間同步，與DVB-T等標準相比，實現(xiàn)單頻網(wǎng)更具優(yōu)勢。

2 單頻網(wǎng)適配器總體實現(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、中轉站的同步系統(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)適配器每隔一個兆幀就往MPEG-2碼流中插入一個MIP包(Mega-frame Initial-ization Packet)。MIP包中攜帶有傳輸參數(shù)信令(TPS)、同步時間標簽(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初級分布網(wǎng)絡傳輸?shù)街修D站后，中轉站的同步系統(tǒng)從MIP中提取出TPS等重要信息后調(diào)整本地發(fā)射機的發(fā)射時間和頻率，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡同步。

DTMB的單頻網(wǎng)適配器主要由FPGA實現(xiàn)的核心功能模塊和基于Nios II軟核CPU實現(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，主要實現(xiàn)MIP包計算和插入，可編程參考時鐘(PCR)校正，傳輸流速率適配以及DS3輸出接口的適配；控制模塊主要實現(xiàn)人機交互部分如鍵盤和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用來存儲FPGA的配置信息和系統(tǒng)控制程序，DDS模塊用來產(chǎn)生輸出碼流所需時鐘。通過鍵盤和LCD接口，用戶可設置系統(tǒng)的工作模式，了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)。2路ASI碼流經(jīng)過專門的接口芯片后輸入到 FPGA，適配器模塊根據(jù)用戶的設置在碼流中插入相應的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通過設置適配器模塊(技術指標見表1)內(nèi)的控制寄存器來控制適配器模塊，通過讀其內(nèi)部的狀態(tài)寄存器了解工作狀態(tài)，或通過中斷信號產(chǎn)生報警信息。