高性能DTMB接收芯片的設計與實(shí)現

　　自從2006年中國自主知識產(chǎn)權的國標地面數字電視廣播標準(DTMB)公布以來(lái)，已取得較大的發(fā)展。結合逐漸成熟的AVS信源編碼標準，DTMB已經(jīng)完全具備替換原有模擬電視廣播的能力，因此也引起了廣大電視機廠(chǎng)商的關(guān)注，2010年將成為DTMB數字電視一體機銷(xiāo)量開(kāi)始爆發(fā)的一年。而在車(chē)載移動(dòng)接收市場(chǎng)，DTMB也將逐步替代部分城市原有的DVB-T系統，成為車(chē)載電視的最佳選擇。

　　隨著(zhù)DTMB應用逐漸普及，城市地面無(wú)線(xiàn)信號傳輸的復雜性開(kāi)始體現出來(lái)，對接收芯片也提出了更高的要求。作為DTMB接收機中最為關(guān)鍵的部分，接收芯片的性能直接決定了整機的接收效果和地面數字電視的普及。杭州囯芯于2008年3月率先推出國內第一款融合DTMB單載波/多載波以及有線(xiàn)數字電視的三模解調接收芯片，已經(jīng)廣泛應用在香港、杭州、荊門(mén)、湖南等地市場(chǎng)，對如何設計符合國內接收環(huán)境的芯片有著(zhù)足夠的經(jīng)驗和充分的理解。

　　DTMB標準的優(yōu)勢

　　DVB-T作為世界范圍內應用最廣的地面數字電視廣播標準，從誕生到現在已有13年的歷史，也是我國在提出DTMB標準前各地采用最多的地面數字電視標準。雖然DVB-T的技術(shù)非常成熟，但近10年來(lái)數字電視接收的要求與當時(shí)相比已經(jīng)有了較大改變，加上大規模集成電路產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了飛速的發(fā)展，使得更多先進(jìn)的技術(shù)可以應用在接收芯片中。DTMB是新一代的數字電視傳輸標準，與DVB-T相比具有以下優(yōu)勢：

　　1、更高的頻譜利用率。DTMB采用TDS-OFDM的調制方式，無(wú)需利用導頻來(lái)進(jìn)行信道估計，和DVB-T相比頻譜利用率提高了約10%，可在同樣傳輸帶寬下發(fā)送更多的電視節目。

　　2、更好的信號覆蓋能力。地面數字電視采用了無(wú)線(xiàn)的信號傳輸方式，容易受到信號衰減以及其他無(wú)線(xiàn)信號的影響。DTMB中FEC(前向糾錯碼)是LDPC(低密度校驗矩陣碼)與BCH碼的組合，與DVB-T的卷積碼和RS碼組合相比，具有更低的信噪比門(mén)限，因此極大的提高了相同發(fā)射功率下的信號覆蓋率。

　　3、更好的移動(dòng)接收能力和抗干擾能力。DTMB的多載波模式子載波間隔相當于DVB-T的4K模式(應用于DVB-H中)，從信道估計的角度來(lái)看，其符合奈奎斯特準則的最大理論抗多普勒頻偏能力在900Hz左右，以704MHz的信號頻率來(lái)折算，可達1300多公里的理論時(shí)速。另外，因為擁有最大為250ms的交織深度，也大大提高了DTMB的抗突發(fā)干擾和陰影衰落能力。

　　DTMB標準的不足

　　與DVB-T標準相比，DTMB標準的不足之處在于，DVB-T采用的循環(huán)前綴結構使其能對抗長(cháng)達224?s的回波干擾，而DTMB的多載波模式最多只能到125?s(幀模式3)。從DTMB幀頭的PN序列特征分析，只有在回波長(cháng)度小于57.4?s(對應距離為17.2Km)時(shí)才能保證接收性能處于最優(yōu)的狀態(tài)。如果回波長(cháng)度大于57.4?s，信道估計雖然有最大20dB的擴頻增益，但一旦回波數目增加(如圖1)，回波之間的干擾加大，信道估計帶來(lái)的增益會(huì )急劇下降，在極端惡劣的情況下甚至會(huì )出現負值。DTMB的單載波模式，因為采用了時(shí)域均衡技術(shù)來(lái)消除回波影響，對回波長(cháng)度的敏感度較低，在我們的設計中可對抗近300?s的回波干擾，本文不做重點(diǎn)描述。

　　圖1、 地面信號回波干擾.

　　高性能DTMB接收芯片

　　對于大多數設計者提到的前向回波、多徑多普勒干擾導致DTMB接收能力下降，根據我們的研究發(fā)現，如果所有回波時(shí)延范圍小于57.4?s，利用合理的幀頭區域檢測算法，無(wú)論回波的分布具有什么樣的特征，信道估計的增益都很高，此時(shí)信號覆蓋主要由信號場(chǎng)強決定，一般情況下車(chē)載移動(dòng)引入的多普勒干擾并不能導致接收失敗。經(jīng)過(guò)理論推導與實(shí)地測試，當采用MFN(多頻網(wǎng))且回波時(shí)延范圍在30?s以?xún)鹊臅r(shí)候，接收質(zhì)量?jì)H與信號場(chǎng)強相關(guān)。

　　長(cháng)時(shí)延的多徑回波更多出現在SFN(單頻網(wǎng))中。為了有效覆蓋一個(gè)較大的地區，并且進(jìn)行合理的頻率規劃，通常會(huì )采用SFN的方式來(lái)布網(wǎng)。根據前面的分析，當兩個(gè)發(fā)射塔相距超過(guò)17.2Km，會(huì )很容易出現延時(shí)超過(guò)57.4?s的強回波，再加上其他物體(如高樓、水面)反射引入的眾多密集的多徑回波，常會(huì )出現場(chǎng)強足夠，但是無(wú)法正常接收的情況。這也是為什么一些城市完成信號覆蓋后仍然不能達到較好接收效果的原因。此外，在車(chē)載移動(dòng)接收的過(guò)程中，回波的數量和位置都容易出現劇烈變化，極易導致DTMB接收機幀頭檢測模塊無(wú)法準確定位，進(jìn)而影響了信道估計及時(shí)跟蹤接收環(huán)境的變化，降低了移動(dòng)接收效果。

　　從上述分析中可知，在移動(dòng)接收以及多徑回波復雜的環(huán)境中，幀頭檢測的精度至關(guān)重要，GX1501B采用了針對SFN特別優(yōu)化的幀頭檢測機制，可準確的定位出信號最強的主徑位置以及眾多的回波范圍，為信道估計模塊提供最為有效的數據。而信道估計模塊則采用了獨特的迭代算法，充分利用各條回波的數據，提高了信道估計精度;再結合時(shí)域/頻域聯(lián)合均衡的設計，使得無(wú)論是C=1的單載波模式，還是C=3780的多載波模式，均可以提供出眾的抗回波性能，完全彌補了城市接收環(huán)境由于高樓、水面反射以及多發(fā)射塔和補點(diǎn)轉發(fā)器引入造成的接收能力下降。這也使得GX1501B成為了目前各項綜合接收性能最出色的DTMB接收芯片。