卷積交織和解交織原理簡介

在DVB-C系統當中，實際信道中的突發錯誤往往是由脈沖干擾、多徑衰落引起的，在統計上是相關的，所以一旦出現不能糾正的錯誤時，這種錯誤將連續存在。因此在DVB-C系統里，采用了卷積交織來解決這種問題。它以一定規律擾亂源符號數據的時間順序，使其相關性減弱，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）個分支構成。每個分支的延時逐漸遞增，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支路無延時，1支路延時17個符號周期，11支路則延時l7×11個符號周期。輸入端有一開關隨著時間推移依次連接各個延時支路，輸出端有一開關與輸入端一一對應，同步連接各延時支路。

解交織器的實現

解交織器的FPGA實現原理

本文采用RAM分區循環移位法來實現，因為RAM里面暫存一位數據，只需要用一個邏輯門大小的資源，比基本寄存器暫存一位數據需要12個邏輯門大小的資源要優化很多。用RAM分區循環移位法來實現解交織器，就是把RAM分成11個區。

每個區的大小為（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，所以 RAM的11分區大小即N11為0。本文在RAM前面設置一個地址控制器，這是解交織器關鍵的一步。RAM每區有一個首地址和區內偏移地址，分別用一個寄存器來存儲。在地址控制器里產生每區的首地址和區內偏移地址，從而進一步產生RAM的讀寫地址。

解交織器的FPGA實現

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，只要把參數值重新設置一下就可以了，不需要改動程序。由前面的計算可知，解交織器總共需要延時的比特數，也就是RAM的大小應該為8976比特。

可以用下面一段程序實現首地址的初始化：

FirstAddr［0］=0;

for（i=1;i《（I-1）;i=i+1）

FirstAddr［i］=（I-i）*M+FirstAddr［i-1］;

也就是說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表示，即為（I-i-1）*M，i為分支號。

每區內偏移地址SectAddr［i］初始化為0，每寫入一個數據，遞增1并與由參數表示的每區的字節數進行比較，若兩數相等，則SectAddr［i］重新設為零，保證區內偏移地址在每區內循環移動。

由上可知，RAM每區的讀寫地址為：FirstAddr［i］＋SectAddr［i］（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每區的讀寫地址相同，也就是先讀出給定地址單元的數據后，再寫入新的數據。這里要同時發生讀寫操作，所以要使用雙口RAM。每隔一個時鐘周期，RAM讀寫指針就跳到下一個RAM區，這樣讀寫指針在RAM的11個區循環移動，實現解交織。

圖1 解交織器的實現框圖

圖2為解交織器在Mentor公司的Modelsim SE環境下的邏輯仿真圖。Clk為時鐘信號，Reset為異步復位信號，ClkEn為時鐘使能信號，高電平有效，FrameFirstIn為幀同步信號，高電平有效。DeinterleaverIn為輸入數據。設計時要注意數據同步問題，要不然會造成數據錯位，導致設計的失敗。DeinterleaverIn為了在selector模塊輸入時和RAM的輸出數據q保持同步，要作相應的延時，同步延時后DataIn4，同理，對應地RAM的輸入數據DataIn1，selector模塊的使能信號ClkEn4等也是經過同步處理得到。Flag為selector模塊的選擇控制信號，當Flag信號為0~10時，選擇RAM的輸出數據q作為輸出，而當Flag=11時，則選擇DeinterleaverIn經過同步處理后的數據DataIn4作為輸出，從而保證在解交織器的11支路實現無延時輸出。在解交織器的最前面輸出的字節有些是無效的，加一個DataEffect模塊是為了等全部字節都有效時，才把FrameFirstOut信號置高，告訴后面的模塊數據開始全部有效。

圖2 解交織器的Modelsim仿真圖

從資源利用方面考慮，使用RAM分區循環移位法來實現DVB-C解交織器比全部用基本寄存器或用配置FIFO的方法來實現要優化得多。

為了更好地驗證，本文把設計在synopsys 公司的synplifypro軟件環境下進行綜合，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 軟件進行再綜合，選擇同樣的器件類型和型號，結果說明采用雙口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M4K，只有全部存儲資源的3%。

結語

雖然采用卷積交織會在剛開始傳輸數據的時候輸出一些無效數據，在系統中引入一定的延時，但是它能把突發干擾造成的突發錯誤分散成隨機錯誤，利于RS糾錯，這樣一權衡，有延時也是很值得的。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。