移動(dòng)電視射頻技術(shù)面臨的挑戰

隨著(zhù)數字移動(dòng)電視不斷向移動(dòng)設備的應用轉移，應用和系統工程師正面臨著(zhù)各種挑戰，比如外形尺寸的小型化、更低的功耗以及信號完整性。對現有移動(dòng)電視標準的研究重點(diǎn)將放在了DVB-H上。本文將從系統角度討論DVB-H接收器設計所面臨的機遇和挑戰，并重點(diǎn)介紹射頻前端。

移動(dòng)電視標準

在不保證完整的前提下，表1列出了現有和即將制定的移動(dòng)電視標準和系統(不包括MBMS和BCMCS等蜂窩方面的標準)。

DVB-H建立在DVB-T基礎上，并保持后向兼容，允許在已有DVB-T信道上發(fā)送DVB-H信號。最大的改變是增加了4k FFT模式、用于2k和4k OFDM的深度交織、用于多協(xié)議封裝數據的另一個(gè)前向糾錯層(MPE-FEC)以及旨在節省功耗的時(shí)間片斷。意大利已經(jīng)開(kāi)始DVB-H的商用服務(wù)，2007/2008年還有其它許多國家將投入商用。

QUALCOMM開(kāi)發(fā)出了作為MediaFLOTM基礎的FLO(前向鏈路)技術(shù)，并將在北美投入使用。與DVB-H類(lèi)似，FLO通過(guò)使用時(shí)間片斷來(lái)有效地降低功耗。
T-DMB是基于Eureka 147 DAB標準開(kāi)發(fā)的，并在韓國得到了廣泛應用。韓國的移動(dòng)衛星系統S-DMB是少數沒(méi)有采用OFDM的系統之一。S-DMB使用碼分多址復用(CDM)技術(shù)，工作在25MHz寬的S頻段信道上。

日本從2006年開(kāi)始采用ISDB-T標準提供移動(dòng)電視服務(wù)。該標準利用一段6MHz的信道提供移動(dòng)服務(wù)。



表1：各種移動(dòng)電視標準的比較一覽表。

中國最近頒布了自己的移動(dòng)廣播服務(wù)標準，名為CMMB(中國多媒體移動(dòng)廣播)。CMMB的關(guān)鍵部分是STiMi(衛星地面交互多業(yè)務(wù)基礎架構)，即基于OFDM技術(shù)的物理層。中國還宣布采用可用于手機的DMB-TH(數字多媒體地面廣播/手機)數字電視標準。

前不久，DVB決策機構(Steering Board)批準了DVB-SH(手機衛星服務(wù))規范。DVB-SH可通過(guò)衛星和地面混合網(wǎng)絡(luò )向移動(dòng)設備提供服務(wù)，它直接將衛星連接到移動(dòng)發(fā)送設備和地面中繼設備。DVB-SH可細分為兩種標準，即SH-A和SH-B。在SH-A中，衛星和地面鏈路都采用COFDM技術(shù)。而在SH-B中，衛星鏈路采用TDM，地面鏈路采用COFDM。DVB-SH在今年初的巴塞羅納舉行的3GSM全球會(huì )議上作過(guò)演示。

DVB-H的射頻接口要求

目前DVB-H被公認為是全球移動(dòng)電視的主導標準。本文隨后將主要介紹DVB-H標準，雖然其它標準也有一定的市場(chǎng)。與移動(dòng)終端接收機的模擬和射頻部分相關(guān)的許多關(guān)鍵參數被總結在表2中。

對DVB-H來(lái)說(shuō)，如圖1所示的零中頻直接轉換接收機已經(jīng)成為主流架構，因為它們能很好地滿(mǎn)足表2給出的規范要求，并且所需外部元件數最少，功耗也很低。



圖1：嵌入于蜂窩環(huán)境中的DVB-H前端。



表2：DVB-H移動(dòng)終端射頻接口的關(guān)鍵指標。

另一種低中頻架構則困繞于N+/-1阻隔器(blocker)所引起的嚴格的圖像抑制要求。由于使用了先進(jìn)的CMOS技術(shù)，因此可以利用各種混合信號校正和電路技術(shù)克服零中頻直接轉換架構的一些明顯缺點(diǎn)，比如直流偏置。DVB-T和DVB-H使用的高帶寬和大量子載頻在不顯著(zhù)影響性能的情況下可以減少直流信號附近數kHz范圍內的頻譜。 另外，就像新產(chǎn)品TUA9000展示的那樣，盡管DVB-H所需的輸入頻率范圍較寬，但仍可能在純CMOS調諧器上集成低噪聲放大器(LNA)。由于在射頻參考點(diǎn)的系統噪聲值低于3.5到4dB，因此完全能夠獲得所需的靈敏度。

移動(dòng)性

終端的移動(dòng)特性會(huì )引起快速變化的信道以及接收信號及其回波的多普勒頻移。在這些條件下的接收器性能很大程度上取決于所采用的標準調制和保護方法以及信號處理算法的性能。DVB-H對這些信號損傷有很強的免疫力，可通過(guò)大量不同的配置調整性能來(lái)滿(mǎn)足實(shí)際要求。由于采用了優(yōu)秀的AGC概念和足夠的C/N余量，模擬調諧器部分的影響一般都相當小。

系統實(shí)現考慮

移動(dòng)環(huán)境中移動(dòng)電視信號的恢復經(jīng)常會(huì )遇到包括具體系統集成在內的各種信號損傷問(wèn)題。

考慮到UHF接收器的高帶寬以及移動(dòng)終端天線(xiàn)長(cháng)度有限，天線(xiàn)設計極具挑戰性。如果天線(xiàn)設計為寬帶天線(xiàn)，那么實(shí)現的增益自然就較低，從而嚴重影響鏈路預算。雖然低噪聲接收器設計在一定程度上可以減輕這一問(wèn)題，但天線(xiàn)仍然是系統中最好的“低噪聲放大器”。因此最好是尋找可替代的天線(xiàn)方案。調諧或諧振天線(xiàn)可以提供更好的性能。然而，像變容二極管等非線(xiàn)性調諧元件在環(huán)境中存在強GSM發(fā)射信號時(shí)會(huì )降低有用信號質(zhì)量，因為蜂窩天線(xiàn)與DVB-H天線(xiàn)之間的隔離度只有10-20dB。

阻隔干擾是各級別上的另外一個(gè)設計挑戰。移動(dòng)電視接收器需要覆蓋的寬頻譜將導致大量潛在的無(wú)用信號，這些信號需要利用接收器的動(dòng)態(tài)范圍加以解決。這就要求很高的線(xiàn)性度和良好的噪聲性能以及寬帶RF增益控制環(huán)路來(lái)保護混頻器及后級電路免于遠端干擾設備造成的飽和。前兩種要求最終決定了模擬接收機部分的功耗。因此像美國1.6GHz DVB-H這樣的單頻應用對線(xiàn)性要求就比較低，可以在功耗和噪聲性能方面做進(jìn)一步的優(yōu)化。典型的接收機設計需要滿(mǎn)足所有的線(xiàn)性和噪聲指標，即使實(shí)際應用中接收機并不會(huì )處于這些最差的環(huán)境中。如果有用信號足夠高，或不存在交調情況，那么接收機的功耗可以降低很多。此時(shí)，如果模擬部分設計合理，那么針對智能算法可以提供另外一種節省功耗的途徑。例如英飛凌公司的OmniTuneTM TUA9000就對其主要構建模塊提供了專(zhuān)門(mén)的功耗控制。TUA9000作為射頻宏單元現已被集成進(jìn)了英飛凌公司最新的OmniVia TUS9000 DVB-H/T解調器SoC中。



GSM中的發(fā)射機(如GSM900 TX)除了形成帶內模擬和數字電視干擾外，還存在一個(gè)嚴重的帶外干擾。如果頻譜用到750MHz，那么到GSM TX的間隔只有約130MHz。而且天線(xiàn)隔離度非常小，大約在10-20dB數量級，具體取決于實(shí)現方法。GSM TX從兩個(gè)方面影響移動(dòng)電視接收機，如圖1和圖2所示。首先，它實(shí)際上是發(fā)射電平在+33dBm的干擾設備。如果假定有10dB左右的天線(xiàn)隔離度，那么輸入端的干擾仍有23dBm左右?；谶@個(gè)原因，需要在天線(xiàn)后直接放置一個(gè)GSM抑制濾波器來(lái)極大地減弱GSM TX的電平。即使有50dB的抑制，接收機的輸入功率仍有-27dBm。加上GSM TX和有用信號之間的帶內干擾，這時(shí)還是會(huì )引起嚴重的交調失真。為了減輕這些問(wèn)題，TUA9000專(zhuān)門(mén)為了保證700MHz以下的有用信號，專(zhuān)門(mén)增加了針對GSM900 TX信號的額外衰耗。



圖3：英飛凌公司的TUA9000外觀(guān)圖。

GSM TX影響移動(dòng)電視接收機的第二種途徑是通過(guò)功放(PA)噪聲。如果在DVB-H頻率范圍內由功放引起的典型噪聲功率在100kHz帶寬下測得為-85dBm左右，那么當天線(xiàn)隔離度為10dB時(shí)，在射頻參考點(diǎn)測得的落入8MHz信道中的噪聲約為-76dBm。這一噪聲無(wú)法被移動(dòng)電視接收機濾除，必須在GSM900 TX后插入一個(gè)高通濾波器才能將此噪聲濾除，見(jiàn)圖1和圖2。在這種情況下需要約30dB的衰耗。這無(wú)疑會(huì )吃掉本已緊張的PA功率預算，從而導致PAE的降低。
 
DVB-H的寬頻特性也會(huì )增加對其它干擾源的易感性，比如系統中一些時(shí)鐘和處理頻率可能落在DVB-H頻率范圍內的應用處理器或其它元件。

只要認真地進(jìn)行系統和應用設計，移動(dòng)電視標準DVB-H就可以實(shí)現功率、面積和成本最有效的終端集成，進(jìn)而為移動(dòng)設備提供更多先進(jìn)性能。