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Diseño FPGA de un modulador DTMB para canalización de 6MHz
Article · August 2012
DOI: 10.1234/rielac.v33i2.118
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Luis Giraldo Raymond Rodríguez
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RIELAC, Vol.XXXIII 2/2012 p. 17-28 Mayo - Agosto ISSN: 1815-5928
Diseño FPGA de un modulador DTMB
para canalización de 6MHz
Ing. Nelson García Rodríguez
*
Ing. Addis Rey Domínguez
**
Ing. Luis Giraldo Raymond Rodríguez
**
(*Investigador de LACETEL, CUBA, [email protected], 683-2824)
(**Como parte de la tesis de grado para Ing Telec., desarrollada en LACETEL, CUBA)
RESUMEN
El presente trabajo describe el proceso de diseño de un modulador de TV digital, de acuerdo a las especificaciones del estándar
DTMB. El diseño contempla la adaptación para una trama de canal de 6MHz; se realiza sobre plataforma FPGA
empleando como herramientas el System Generator e ISE de Xilinx, y MATLAB y Modelsim para el modelado y verificación
funcional.
Palabras claves: DTMB, Modulación, FPGA, Xilinx.
FPGA DESIGN OF DTMB MODULATOR FOR 6MHz BANDWIDTH
ABSTRACT
The present paper describes the design of a digital TV modulator, according with the specifications of DTMB standard. The
design is made for 6 MHz channel frame, over FPGA platform with Xilinx System Generator and ISE as design tools, Modelsim
and MATLAB for simulation.
Key words: DTMB, Modulation, FPGA, Xilinx.
I
NTRODUCCION
Las dificultades a las que Cuba se tiene que enfrentar para cambiar a la Televisión Digital Terrestre (TDT) son grandes y
numerosas, pero el cambio es inevitable. Mientras más demore, más difícil será después, porque habrá que hacerlo todo en plazos
más apretados
1
.
Cuba ha dado los primeros pasos para la adopción de uno de los estándares tecnológicos para la TDT, realizando pruebas de
campo sobre las 4 normas vigentes. (Habana 2007 y 2009).
La norma DTMB
2
(Digital Terrestrial Multimedia Broadcast) se usa principalmente en China y está en prueba en otros países. En
estos momentos, las comisiones designadas por el gobierno cubano están considerando seriamente su adopción, pues los
resultados de pruebas comparativas realizadas en todo el mundo la señalan como la más completa técnicamente: además de las
Nelson García Rodríguez
, Addis Rey Domínguez
, Luis Giraldo Raymond Rodríguez
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pruebas realizadas en la Habana, también se han realizado en Beijing, Caracas, Lima y Quito. Debido a que fue la última norma
en ser lanzada, ha incorpora los más novedosos algoritmos y reutiliza lo mejor de cada una de las que la antecedieron.
Más allá de que los estándares de TDT están compuestos por numerosos documentos, el elemento principal de la norma es aquel
donde se describe al proceso de modulación de la señal y se especifican sus características técnicas, tema en el cual se centra este
artículo.
Debido al número relativamente pequeño de moduladores en las cadenas de transmisión de la TV, aun en los países más extensos
territorialmente, no es factible económicamente la producción de ASIC para realizar la modulación. Por otra parte, la velocidad
requerida para el procesamiento de la información requiere en muchos casos el empleo de estructuras de hardware dedicadas.
Estas 2 razones determinan que los moduladores para TDT sean desarrollados actualmente sobre tecnología FPGA.
En el presente trabajo se proponen variantes de implementación para los principales módulos que intervienen en el proceso de
modulación de una señal DTMB. Los resultados son comprobados mediante simulación aprovechando las potencialidades de
integración de herramientas de descripción de hardware del System Generator de Xilinx, con MATLAB Simulink.
DISEÑO PROPUESTO
Elementos generales
En la figura 1 se muestra un esquema en bloques del modulador DTMB, tomando como punto de partida una trama codificada
MPEG-2, H.264 o AVS.
Fig. 1. Estructura en bloques del modulador DTMB
La Trama de Señales la unidad básica en la estructura de tramas (figura 2). Una Trama de Señal está compuesta por 2 partes en el
dominio de la señal en el tiempo, el Encabezado de Trama y el Cuerpo de Trama.
La razón de símbolo en banda base para el Cuerpo y el Encabezado es la misma. Como en Cuba el ancho de banda es de 6MHz,
la razón de símbolos pasa a ser 5.67MHz, produciéndose una reducción de la carga útil a transmitir (en una razón 3/4), en
comparación con los 7.56MHz que establece la norma para un ancho de banda de 8MHz. La estructura de trama, sincronización,
modulación, estimación de canal y corrección de errores son compatibles tanto en sistemas de 6MHz como en 8MHz
3
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Fig. 2. Estructura jerárquica de la trama
El Cuerpo consta de 3744 símbolos de datos y 36 símbolos de información de sistema para un total de 3780 símbolos y una
duración de 666.67us, o sea, 3780/5.67M. El Encabezado puede tomar tres longitudes mientras que el Cuerpo tiene un período de
tiempo fijo, en todas las opciones de encabezado debe cumplirse que la razón de símbolos sea 5.67MHz.
Las características de cada uno de los bloques ilustrados en la figura 2 y las implementaciones propuestas serán descritas a
continuación.
Dispersor de Energía
Los datos son aleatorizados mediante multiplicación por una secuencia binaria pseudo-aleatoria de orden 15 (PRBS-15). El
propósito de esta operación es eliminar todo sesgo estadístico que la secuencia de datos de la fuente pueda tener. Por ejemplo,
varios cuadros sucesivos de una imagen negra podrían, según como haya sido hecha la codificación de los datos de entrada,
generar un flujo de transporte en el que una gran mayoría de bits consecutivos sean ceros o unos. Puesto que el resto de la cadena
de codificación y modulación es determinística, ello finalmente se traduciría en una transmisión con características espectrales
desbalanceadas
4
.
La secuencia pseudo-aleatoria se construye a base de un de registro de desplazamiento con realimentación lineal o LFSR (siglas
en inglés de Lineal Feedback Shift Register), como se propone en la figura 3.
Un LFSR es un registro de desplazamiento cuya entrada es una función lineal de su estado anterior. La función lineal que utiliza
es un OR exclusivo, así la entrada es manejada por esta operación lineal en la que intervienen varios elementos del registro.
Fig. 3. Estructura del LFSR del Aleatorizador
