以RFSoC平台設計與實現DVB-S2(X)高吞吐量發射機

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張喜豪(Hsi-Hao Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

通訊工程學系

論文名稱

以RFSoC平台設計與實現DVB-S2(X)高吞吐量發射機
(Design and Implementation of High Throughput Transmitter for DVB- S2(X) with RFSoC Platform)

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摘要(中)

DVB-S2(X)是由數位電視廣播（DVB）組織制定的第二代數位衛星廣播擴展版標準，旨在提供更高效、更可靠的衛星通信。它採用了更高頻帶利用率的調製方式，並使用了強大的BCH和LDPC碼級聯通道編碼技術，以提高系統性能。
本論文的主要目標是在Xilinx公司的RFSoC ZCU111平台上實現DVB-S2(X)高通量發射機。該發射機支援多種MODCOD（Modulation and Coding）配置，包括DVB-S2 Short FEC Frame和部分DVB-S2X Short FEC Frame，同時具有256MSPS的符碼率。論文的重點在於通過平行化架構實現LDPC編碼器，以提高傳輸吞吐量，並確保其能夠操作在256MHz的時脈下。這項工作旨在實現一個高性能的DVB-S2(X)發射機，以應對衛星通信領域中的挑戰。

摘要(英)

DVB-S2(X) is the second-generation digital satellite broadcasting extended standard developed by the Digital Video Broadcasting (DVB) organization. Its primary goal is to provide more efficient and reliable satellite communication. It adopts modulation techniques that offer higher bandwidth utilization and employs robust BCH and LDPC code concatenation channel coding techniques to enhance system performance.
The main objective of this thesis is to implement a high-throughput DVB-S2(X) transmitter on the Xilinx RFSoC ZCU111 platform. This transmitter supports various MODCOD (Modulation and Coding) configurations, including DVB-S2 Short FEC Frame and partial DVB-S2X Short FEC Frame, while maintaining a symbol rate of 256MSPS. The focus of the thesis lies in implementing an LDPC encoder through a parallelization architecture to improve transmission throughput and ensure operability at a 256MHz clock rate. This work aims to realize a high-performance DVB-S2(X) transmitter to address the challenges in the satellite communication field, particularly in scenarios involving high data rates and long-distance transmissions.

關鍵字(中)

★ 第二代數位衛星廣播擴展版
★ LDPC通道編碼
★ 平行化架構
★ 射頻系統晶片
★ 現場可程式化邏輯閘陣列
★ 高吞吐量
★ 發射機

關鍵字(英)

★ DVB-S2(X)
★ LDPC code
★ parallel architecture
★ RFSoC
★ FPGA
★ High Throughput
★ Transmitter

論文目次

ABSTRACT i
摘要 i
謝誌 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xi
第一章、緒論 1
1.1 研究動機與背景 1
1.2 章節簡介 2
第二章、 DVB-S2(X)規格簡介 3
2.1 DVB-S2(X) 傳送端架構 3
2.2 Frame架構 4
2.2.1 FEC Frame 4
2.2.2 PL Frame 7
2.2.3 PLHEADER 7
2.3 Bit Mapping 8
2.3.1 QPSK 8
2.3.2 8PSK 9
2.3.3 16APSK 11
2.3.4 32APSK 15
2.3.5 64APSK 18
2.3.6 128APSK 22
2.3.7 256APSK 23
第三章、 DVB-S2(X)發射機系統 26
3.1 DVB-S2(X)發射機系統流程 26
3.2 資料串流調整( Stream Adaptation ) 26
3.3 基頻資料擾碼( Baseband Scrambler ) 27
3.4 BCH通道編碼 28
3.4.1 BCH Code簡介 28
3.4.2 DVB-S2(X)規格下的BCH Code 28
3.4.3 BCH編碼 29
3.5 LDPC通道編碼 30
3.5.1 LDPC Code簡介 30
3.5.2 DVB-S2(X)規格下的LDPC Code 30
3.5.3 LDPC編碼 32
3.6 位元穿插( Bit-Interleaver ) 35
3.7 符碼映射( APSK Mapper ) 36
3.8 實體層訊框架構( Physical-Layer Frame Structure ) 37
3.9 實體層擾碼( Physical-Layer Scrambler ) 40
3.10 頻寬限制脈波塑形濾波( Band-Limited Pulse-Shaping Filter ) 41
3.11 適性編碼調變( Adaptive Code Modulation ) 42
第四章、 DVB-S2(X)高通量發射機硬體架構與實現 43
4.1 高通量基頻發射機架構 43
4.2 資料串流調整器架構 45
4.3 基頻資料擾碼器架構 46
4.4 BCH通道編碼器架構 48
4.4.1 1位元BCH通道編碼器架構 48
4.4.2 8位元BCH通道編碼器架構 49
4.4.3 8位元BCH通道編碼器模組介面 50
4.5 LDPC通道編碼器架構 51
4.5.1 高通量DVB-S2(X) LDPC編碼器設計評估 51
4.5.2 15位元平行運算LDPC編碼器架構 53
4.5.3 奇偶校驗位元地址生成器之架構 54
4.5.4 DPBRAM LDPC PM模組之架構 57
4.5.5 DVB S2X LDPC 15 Bits Address Generator模組 59
4.5.6 Output Processing模組 60
4.5.7 LDPC Encoder Controller模組 60
4.5.8 8位元轉15位元轉換器、15位元轉8位元轉換器 61
4.5.9 15位元輸入輸出的LDPC編碼器的吞吐量 62
4.5.10 LDPC編碼器的模組介面 63
4.6 位元穿插器架構 64
4.7 符碼映射器架構 65
4.8 實體層訊框硬體架構 67
4.9 頻寬限制脈波塑形濾波器架構 69
第五章、 RFSoC平台實現與驗證 73
5.1 射頻系統單晶片(RFSoC) 73
5.2 RFSoC平台 74
5.2.1 RFSoC DAC/ADC 75
5.2.2 RFSoC Clock 77
5.3 以RFSoC實現DVB-S2(X)高通量發射機 79
5.3.1 流程架構圖 79
5.3.2 RFSoC DAC/ADC設定 82
5.4 DVB-S2(X)高通量發射機資源使用率 86
5.5 實驗結果 89
5.5.1 QPSK 90
5.5.2 8PSK 92
5.5.3 16APSK 94
5.5.4 32APSK 96
5.5.5 DVB-S2(X)訊號在Ka 頻段 98
第六章、結論 103
參考文獻、 104

參考文獻

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指導教授

陳逸民(Yih-Min Chen)

審核日期

2023-12-22

推文