李 欣,胡福民,朱竑宇,王 卓
(哈爾濱理工大學(xué) 通信工程系,黑龍江 哈爾濱 150080)
隨著信息技術(shù)與通信產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,手機(jī)數(shù)字電視作為新興的多媒體業(yè)務(wù)成為炙手可熱的研究熱點(diǎn)。手機(jī)數(shù)字電視為手機(jī)和其他移動(dòng)多媒體終端提供接收地面數(shù)字電視廣播的功能,滿(mǎn)足用戶(hù)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何狀態(tài)下接收電視節(jié)目的需求。中國(guó)移動(dòng)多媒體廣播是我國(guó)自主研發(fā)的、具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的移動(dòng)多媒體廣播標(biāo)準(zhǔn)[1]。CMMB信號(hào)通過(guò)衛(wèi)星和地面無(wú)線(xiàn)廣播方式發(fā)送,在信號(hào)覆蓋范圍內(nèi),人們利用裝有CMMB碼流播放器的手機(jī)、筆記本電腦以及車(chē)載、船載等便攜移動(dòng)終端設(shè)備可以隨時(shí)隨地接收新聞、資訊、娛樂(lè)等電視節(jié)目。
為了解決用戶(hù)在任何時(shí)刻能夠順利流暢的接收到自己想要的電視節(jié)目、新聞等信息并解決便攜手持類(lèi)終端信號(hào)質(zhì)量的問(wèn)題,必須對(duì)CMMB網(wǎng)絡(luò)覆蓋進(jìn)行測(cè)試,而一個(gè)精確、有效的網(wǎng)絡(luò)覆蓋測(cè)試來(lái)自于一個(gè)性能穩(wěn)定的CMMB測(cè)試接收機(jī),所以CMMB網(wǎng)絡(luò)測(cè)試接收機(jī)的研發(fā),既對(duì)于CMMB的發(fā)展有很大的裨益,同時(shí)也是節(jié)約國(guó)家投資成本,高效建設(shè)CMMB網(wǎng)絡(luò)所不可或缺的。
文中設(shè)計(jì)的CMMB測(cè)試接收機(jī)主要由6個(gè)模塊構(gòu)成,CMMB信號(hào)調(diào)諧模塊、CMMB信號(hào)調(diào)諧解調(diào)模塊、CMMB信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、功率的測(cè)量模塊[2]、主控模塊、人機(jī)交互模塊。CMMB測(cè)試接收機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中人機(jī)交互模塊與主控模塊是通過(guò)USB接口相互通信的,而其它各個(gè)模塊與主控模塊的通信是通過(guò)主控模塊的GPIO口模擬的I2C和SPI總線(xiàn)接口進(jìn)行的。首先人機(jī)交互模塊通過(guò)主控模塊對(duì)射頻前端的調(diào)諧模塊和調(diào)諧解調(diào)模塊分別進(jìn)行調(diào)諧頻道和解調(diào)參數(shù)設(shè)置,然后CMMB信號(hào)調(diào)諧模塊從天線(xiàn)的射頻信號(hào)中,選出與頻道參數(shù)匹配的高頻信號(hào),被選出的高頻信號(hào)被調(diào)諧模塊分為兩路:一路通過(guò)功率測(cè)量模塊,進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,然后進(jìn)入CMMB信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ),再由主控模塊上傳到人機(jī)交互模塊進(jìn)行處理;另一路通過(guò)CMMB調(diào)諧解調(diào)模塊,對(duì)CMMB信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和信道解碼,然后進(jìn)入CMMB信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ),然后由主控模塊把CMMB信號(hào)參數(shù)及碼流數(shù)據(jù)上傳到人機(jī)交互模塊進(jìn)行處理。
硬件模塊主要以CY7C68013A芯片為控制核心,CY7C68013A芯片與各個(gè)模塊相互通信主要是通過(guò)USB接口和模擬的I2C總線(xiàn)、SPI總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)的。硬件模塊電路設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。
1.1.1 RF射頻信號(hào)的調(diào)諧模塊
本測(cè)試接收機(jī)中RF射頻信號(hào)的調(diào)諧模塊采用MXL5007,該芯片支持中國(guó)的 CMMB[3]、美國(guó)的 ATSC、ATSCM/H,歐洲的DVB-T等數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn),芯片的特色在于能夠通過(guò)天線(xiàn)或有線(xiàn)接收從44~885 MHz連續(xù)頻段信號(hào),并將輸入的RF射頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)諧輸出4~44 MHz的中頻信號(hào);最重要的是MXL5007具有自動(dòng)增益補(bǔ)償功能,會(huì)對(duì)輸入的射頻信號(hào)功率根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蠡蚩s小,在抗干擾能力、接收靈敏度上均有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),是CMMB測(cè)試接收機(jī)調(diào)諧器理想的選擇。
1.1.2 功率測(cè)量模塊
功率測(cè)量模塊主要采用的是LT5537對(duì)數(shù)檢波芯片和AD7468芯片,LT5537芯片是一款寬動(dòng)態(tài)范圍 RF/IF檢波器,工作頻率范圍為10~1 000 MHz。該檢波器的標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓斜率為 20 mV/dB,典型溫度系數(shù)為0.01 dB/℃(在 200 MHz頻率條件下)。AD7468芯片支持1.6~3.6 V 12、10和8位ADC,具有高吞吐量、低功耗性能等優(yōu)點(diǎn),當(dāng)MXL5007調(diào)諧器輸出的中頻信號(hào)進(jìn)入LT5537功率測(cè)量芯片時(shí),該芯片會(huì)把中頻信號(hào)的功率值轉(zhuǎn)換為電壓值,傳輸至下AD7468進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,然后傳輸至下一級(jí)CMMB信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸模塊。
1.1.3 CMMB信號(hào)調(diào)諧解調(diào)模塊
CMMB信號(hào)調(diào)諧解調(diào)模塊選用了創(chuàng)毅視訊公司的IF206型號(hào)的芯片,IF206芯片有如下特點(diǎn):支持CMMB標(biāo)準(zhǔn);支持CMMB廣播信道標(biāo)準(zhǔn)和復(fù)用標(biāo)準(zhǔn);支持單頻網(wǎng)和多頻網(wǎng)模式;支持BPSK、QPSK、16QAM多種星座映射模式;支持LDPC前向糾錯(cuò)技術(shù)(1/2,3/4模式);支持 TS碼流,SPI和 MMIS輸出,支持 I2C、UART、SPI、MMIS 接口;接收靈敏度低;低功耗、低成本、對(duì)前端后端設(shè)備無(wú)特殊要求。CMMB信號(hào)到達(dá)IF206芯片后,經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),然后進(jìn)行解調(diào)、LDPC解碼和RS解碼,解碼后的碼流數(shù)據(jù)被繼續(xù)傳輸至下一級(jí)的CMMB信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸模塊。
1.1.4 主控模塊和CMMB信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊
主控模塊采用了賽普拉斯半導(dǎo)體公司EZ-USB FX2LP框架的CY7C68013A芯片,此芯片高集成[4]、低功耗,并將高性能USB引擎和增強(qiáng)8051內(nèi)核有機(jī)結(jié)合在一起,且內(nèi)部嵌有4 kB FIFO運(yùn)用于數(shù)據(jù)傳輸與緩存;CMMB信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊選用了性?xún)r(jià)比較高的Altera公司生產(chǎn)的低端CycloneⅠ系列的EP1C12Q240C8N FPGA芯片。
CMMB信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的FPGA芯片通過(guò)SPI總線(xiàn)和CMMB調(diào)諧解調(diào)芯片進(jìn)行雙向通信,IF206 SPI總線(xiàn)有MMIS_CLK(SPI時(shí)鐘)、MMIS_VLD(主入從出)、MMIS_DO(主出從入)、MMIS_D3(SPI使能)。而RST是 IF206復(fù)位管腳,GPIO5管腳是CY7C68013A中斷管腳,當(dāng)有中斷時(shí)IF206會(huì)通知FPGA配合CY7C68013A把CMMB信號(hào)參數(shù)和碼流數(shù)據(jù)讀走。FPGA與調(diào)諧解調(diào)芯片SPI總線(xiàn)的連接如圖2所示。
圖2 FPGA與調(diào)諧解調(diào)芯片連接圖Fig.2 FPGA and tuning demodulator chip connection diagram
1.1.5 人機(jī)交互模塊
人機(jī)交互模塊的主要作用是:計(jì)算機(jī)通過(guò)USB接口對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行控制,主要完成以下任務(wù);1)CMMB信號(hào)相關(guān)頻道參數(shù)的設(shè)置;2)CMMB信號(hào)平均功率的接收與處理;3)CMMB信號(hào)參數(shù)的接收與處理;4)CMMB碼流數(shù)據(jù)的接收與處理。
測(cè)試接收機(jī)中軟件的設(shè)計(jì)主要是人機(jī)交互模塊中的上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和主控模塊中的CY7C68013A處理器程序的設(shè)計(jì),人機(jī)交互模塊中的軟件設(shè)計(jì)采用C#語(yǔ)言編程,主要功能如下:通過(guò)主控模塊對(duì)調(diào)諧模塊和調(diào)諧解調(diào)模塊進(jìn)行調(diào)諧頻道和解調(diào)參數(shù)設(shè)置;CMMB信號(hào)參數(shù)的讀取與CMMB碼流播放同步進(jìn)行。
主控模塊程序設(shè)計(jì)運(yùn)用了EZ-USB FX2架構(gòu)[5-7],采用C語(yǔ)言編程,運(yùn)用模塊化程序設(shè)計(jì)方法,主要模塊包括:1)I2C總線(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)模塊;2)SPI總線(xiàn)數(shù)據(jù)輸入輸出模塊;3)設(shè)置和讀取調(diào)諧器的當(dāng)前調(diào)諧頻道模塊;4)讀取解調(diào)芯片的RS誤包率、LDPC誤碼率、信號(hào)平均功率、SNR等解調(diào)信息參數(shù)模塊;5)碼流數(shù)據(jù)傳輸模塊。這幾個(gè)模塊都是由人機(jī)交互模塊通過(guò)USB接口控制主控模塊完成工作的。程序流程圖如圖3所示。
圖3 程序流程圖Fig.3 Program flow diagram
測(cè)試終端設(shè)備樣機(jī)與上位機(jī)軟件完成后,使用設(shè)備樣機(jī)和上位機(jī)軟件進(jìn)行了聯(lián)調(diào)。用CMMB信號(hào)源對(duì)CMMB測(cè)試接收機(jī)進(jìn)行了測(cè)試,表1為信號(hào)源平均功率為-45 dbm的測(cè)試結(jié)果。
表1 測(cè)試結(jié)果Tab.1 Test result
由上表可知,CMMB測(cè)試接收機(jī)的平均功率值的誤差范圍約為1 dB左右,通過(guò)多次測(cè)試,對(duì)測(cè)試接收機(jī)的性能進(jìn)行了優(yōu)化,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,經(jīng)過(guò)數(shù)天的實(shí)驗(yàn),證明CMMB網(wǎng)路測(cè)試接收機(jī)能夠及時(shí)有效的反應(yīng)CMMB網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的覆蓋情況。
文中設(shè)計(jì)的CMMB測(cè)試接收機(jī),成功的實(shí)現(xiàn)了CMMB參數(shù)與碼流視頻播放同步進(jìn)行的功能,借助該測(cè)試接收機(jī),測(cè)試人員可以對(duì)CMMB網(wǎng)絡(luò)覆蓋測(cè)試進(jìn)行有效精確的測(cè)試,從而確保了CMMB網(wǎng)絡(luò)覆蓋系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,滿(mǎn)足了實(shí)際CMMB網(wǎng)絡(luò)測(cè)試的需求。
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