單纜實(shí)現多星多機接收的系統設計

數字衛星多星多機接收方案的發(fā)展源于人們要充分使用衛星資源的想法。通常使用2種方式：一是用單個(gè)高頻頭配合可轉動(dòng)天線(xiàn)，采用DISEQC1.2來(lái)控制轉動(dòng)衛星接收天線(xiàn)實(shí)現對多星下行信號的接收；二是用多個(gè)固定高頻頭，采用DIsEQC1.0或DISEQC2.0配合DISEQC開(kāi)關(guān)選擇通路實(shí)現多星接收。前者常用于單機多星接收的場(chǎng)合；后者可用于多機接收，但每個(gè)接收機要用一條獨立的下行電纜，連接DISEQC開(kāi)關(guān)到機頂盒之間的通路。

按照衛星數字電視標準衛星下行信道通帶范圍內有大量空閑頻帶存在。從衛星接收到的電磁波匯聚到高頻頭的饋源上轉換成的電壓信號，供高頻頭進(jìn)行變頻處理，在這種情況下，高頻頭降頻后的中頻信號在沒(méi)有復用的情況下，中頻信號帶寬也有大量空閑頻帶存在。這使得信號的復用成為可能。

2硬件電路的設計

筆者設計一個(gè)信號處理模塊，將高頻頭輸出的多路信號復用到一個(gè)通路中，利用一根下行線(xiàn)纜傳輸到衛星接收機。本方案將設計好的信號處理模塊封裝起來(lái)，一方面用戶(hù)無(wú)須自行設計多路選擇線(xiàn)路，另一方面可避免DISEQC方案下多根下行電纜的布線(xiàn)繁雜問(wèn)題。

信號處理模塊的核心功能是單纜接口(SCIF)，對低噪聲下變頻器(LNB)輸出的多路信號進(jìn)行處理。本設計將信號處理模塊與LNB集成，如圖1所示。從饋源接收下來(lái)未經(jīng)處理的衛星信號bank 1～bank m，經(jīng)過(guò)處理復用到一條通道上，通過(guò)單根下行線(xiàn)纜代替DISEQC方案中的多根線(xiàn)纜實(shí)現下行傳輸，再通過(guò)功率分配器分配給多個(gè)接收機使用。

2.1 復用原理

經(jīng)過(guò)高頻頭輸出的中頻信號頻率范圍在950～2150MHz之間，每個(gè)頻道占據此頻帶范圍的一定帶寬。收看電視節目時(shí)，只需保證節目相關(guān)帶寬上的信號在對信號處理的過(guò)程中不受影響。本硬件電路的功能是對輸入信號進(jìn)行移頻和復用處理，從而達到在下行線(xiàn)纜中傳輸多路節目的目的。信道復用的原理如圖2所示。

圖2中的黑色方塊表示用戶(hù)想要收看的節目頻道在 整個(gè)節目通道中所處的位置，白色矩形框表示與信道對應的傳輸通道，頻帶范圍在950～2150 MHz之間，橫坐標表示頻率空間。bank 1～。bank 4表示高頻頭1～4路輸出信號。此處理分2部分，信號移頻和信號復用。移頻由SCR芯片來(lái)完成，復用由加法器來(lái)實(shí)現。

2．2電路設計及細節分析

圖3虛線(xiàn)后部分與圖2對應。

圖中44矩陣在實(shí)際電路中由2片HMC276芯片組成，用于選擇打開(kāi)bank l～bank 4中某一通路信號，供SCR芯片進(jìn)行移頻處理，SCR的移頻工作在ST7LNB1的控制下實(shí)現，其中每個(gè)SCR芯片的中心頻率不同，與圖2中UBO～UB3的中心頻率對應，此中心頻率是由芯片固有性質(zhì)決定的，常在同一系統中使用的組合有4路組合及8路組合等，它們對應的用戶(hù)帶寬(UB)分別為60 MHz和40 MHz。這些中心頻率是由硬件確定的，但在實(shí)際使用中，是由機頂盒發(fā)送DISEQC命令檢測得到。本方案中的降頻參考圖3分2次實(shí)現，第一次降頻在圖3虛線(xiàn)左側實(shí)現，之后矩陣輸入信號頻率Freq_martrix_input=|Freq_down_Flo|。第二次降頻在圖3虛線(xiàn)右側SCR中實(shí)現，之后SCR輸出信號頻帶中心頻率Freq_scr_output=F_SCR。需要說(shuō)明的是，第二次降頻由ST7LNB1控制SCR來(lái)實(shí)現，參考SCR的數據表可知，SCR可以將950～2150 MHz范圍的任意信號頻移到其中心頻率附近的帶寬范圍內，這一點(diǎn)由機頂盒發(fā)送DISEQC命令向ST7LNB1傳送相關(guān)參數信號來(lái)確定，主要是本振和SCR中心頻率。Freq_down是衛星下行信號經(jīng)窄濾波器濾波后的信號載頻，Flo為高頻頭本振頻率。SCR后面的帶通濾波器(BPF)用于濾除用戶(hù)帶寬之外的信號，防止復用時(shí)信號串繞失真。BPF'的頻寬和中心頻率與各SCR一一對應。

3 軟件支持

機頂盒軟件要解決的主要問(wèn)題包括檢測UB數目和中心頻率、信號通路的選擇以及沖突避免等。

3．1 測試UB數目和UB中心頻率

硬件設備配置好后，通過(guò)軟件程序來(lái)控制整個(gè)系統的運行。首先是由機頂盒發(fā)送DISEQC命令檢測系統UB的個(gè)數及其中心頻率，檢測結果反映硬件的配置情況。在檢測過(guò)程中，通過(guò)示波器來(lái)觀(guān)察信號通路中發(fā)送DISEQC命令時(shí)通路中的信號情況和SCIF信號處理模塊反饋給機頂盒的信號。檢測的方法是把示波器接入下行線(xiàn)纜通路中，由用戶(hù)操縱機頂盒發(fā)送檢測UB的DISEQC命令，觀(guān)察通路中信號情況。檢測到的結果如圖4所示。

圖中，尖鋒脈沖為機頂盒發(fā)送DISEQC命令后線(xiàn)纜中的信號，可反映SCR中心頻率的狀況，4個(gè)帶通范圍為發(fā)送DISEQC一段時(shí)間后通路中的信號，反映此電路模塊對信號的增益情況，是信號可存在的有效頻帶范圍。經(jīng)觀(guān)察，上述4個(gè)脈沖對應在1210 MHz，1420 MHz，l680 MHz，2040 MHz的中心頻率上，在ST7LNBl的控制下產(chǎn)生的。機頂盒系統發(fā)送UB_SINGAL_ON（ ）命令向SCIF模塊傳輸一些數據信息，對ST7LNB1寫(xiě)入一些數據，包括所有可能存在的SCR中心頻率，共12個(gè)，當這些頻率與ST7LNBl中存儲的與本硬件電路相關(guān)的SCR中心頻率數據庫相符合時(shí)，ST7LNBl會(huì )控制系統在相應頻點(diǎn)發(fā)送反饋的脈沖信號。機頂盒捕捉到這些信號之后可獲得不同SCIF模塊的固有頻點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)查對應的數據表得到對應的UB帶寬。上述4個(gè)通帶是發(fā)送DISEQC命令一段時(shí)間后示波器檢測到的信號，它反映了系統對白噪聲的信號增益。

檢測UB的相關(guān)信息是解決用戶(hù)信號通路選擇的關(guān)鍵。UB信息檢測成功之后，軟件系統通過(guò)用戶(hù)界面菜單設置的相關(guān)參數(包括衛星、極性、本振等信息)發(fā)送參數到ST7LNBl來(lái)選擇信號和控制信號所走的通路。對比上述UB的檢測結果和LNB模塊中所采用的SCR個(gè)數及中心頻率等物理參數，本系統能夠正常檢測到UB通道設置的相關(guān)系統參數。

3．2信號以及信號通路的選擇

用戶(hù)從檢測到的UB中選擇一個(gè)，作為信號最終在信道中存在的頻帶范圍。對頻帶(band)的選擇也由用戶(hù)來(lái)確定，包括衛星、極性和頻帶高低3個(gè)條件。以上4個(gè)條件確定后，各機頂盒對應的信號傳輸通路就確定了。雖然各機頂盒占用的UB不同，但對所選的衛星、極性和頻帶高低沒(méi)有限制。此信息由軟件系統以DISEQC命令參數的方式將代表這幾個(gè)條件的信息發(fā)送給ST7LNB1，由ST7LNBl負責解碼室內機頂盒發(fā)出的DISEQC指令。

在確定以上條件后，各機頂盒可在各自的通路上發(fā)送存儲在數據庫中的節目頻點(diǎn)、數據傳輸速率等信息，以完成對節目信息的搜索。此過(guò)程通過(guò)對單機的通道選擇來(lái)檢測。若依次選擇好UB、衛星、極性、本振的組合后，進(jìn)行節目搜索和換臺等操作，機頂盒均能夠正常工作，則表明，系統可以正常選擇通道并完成對信號傳輸。

3.3 DISEQC命令重發(fā)等待機制

由于各機頂盒使用同一根下行線(xiàn)纜來(lái)傳輸DISEOC信號和下行反饋信號，且各DISEQC命令都加載在22 kHz的頻率上進(jìn)行傳輸，當通路中同時(shí)存在多個(gè)機頂盒發(fā)送的DISEQC命令時(shí)，線(xiàn)纜中的信號將產(chǎn)生沖突而無(wú)法辨識。為解決這一問(wèn)題，本方案采取命令重發(fā)方式，重發(fā)等待時(shí)間由線(xiàn)性反饋移位寄存器獲得，如圖5所示。

開(kāi)機時(shí)，各移位寄存器的初始值如圖5所示，其后4位的賦值是系統SCR芯片個(gè)數的二進(jìn)制表示。當用戶(hù)換臺成功時(shí)，移位寄存器進(jìn)行移位操作但不重發(fā)命令。當系統檢測到發(fā)生沖突時(shí)，系統把各機頂盒所取的UB值(0～7)加1賦給移位寄存器后4位，前3位數據保持不變。此時(shí)，由移位寄存器所構成的7位二進(jìn)制數對應的十進(jìn)制數與27相除得到的值就是隨機等待時(shí)間，單位為秒。由機頂盒將配置參數發(fā)送到ST7LNB1，由ST7LNB1根據機頂盒上傳參數，控制本模塊對輸入信號進(jìn)行處理。

4 小結

系統對常用的高頻頭電路進(jìn)行重新設計和功能提升，使僅能處理高頻／低頻、水平／垂直、衛星A／B所形成的8路組合中的一路高頻頭電路，能根據多個(gè)用戶(hù)的手動(dòng)設置同時(shí)處理多路信號。一方面具備多路獨立的降頻處理電路，另一方面使用多個(gè)SCR芯片對多路信號進(jìn)行獨立的移頻處理。設計中經(jīng)過(guò)降頻和移頻處理后得到的信號頻率在950～2 150 MHz范圍內，不會(huì )產(chǎn)生頻率復用重疊干擾，復用信號能被機頂盒軟硬件系統正確無(wú)誤地分離和處理。本設計常用于家庭多機和目前高端市場(chǎng)流行的PVR機頂盒。不但可節省開(kāi)關(guān)器件和線(xiàn)纜，降低系統的安裝成本和安裝難度，還能保證在采用單根下行線(xiàn)纜時(shí)支持對各頻點(diǎn)上節目的處理。