中國移動多媒體廣播（CMMB）測試接收機的設計與實現

李 欣，胡福民，朱竑宇，王 卓

（哈爾濱理工大學 通信工程系，黑龍江 哈爾濱 150080）

隨著信息技術與通信產業的迅猛發展，手機數字電視作為新興的多媒體業務成為炙手可熱的研究熱點。手機數字電視為手機和其他移動多媒體終端提供接收地面數字電視廣播的功能，滿足用戶在任何時間、任何地點、任何狀態下接收電視節目的需求。中國移動多媒體廣播是我國自主研發的、具有完全自主知識產權的移動多媒體廣播標準[1]。CMMB信號通過衛星和地面無線廣播方式發送，在信號覆蓋范圍內，人們利用裝有CMMB碼流播放器的手機、筆記本電腦以及車載、船載等便攜移動終端設備可以隨時隨地接收新聞、資訊、娛樂等電視節目。

為了解決用戶在任何時刻能夠順利流暢的接收到自己想要的電視節目、新聞等信息并解決便攜手持類終端信號質量的問題，必須對CMMB網絡覆蓋進行測試，而一個精確、有效的網絡覆蓋測試來自于一個性能穩定的CMMB測試接收機，所以CMMB網絡測試接收機的研發，既對于CMMB的發展有很大的裨益，同時也是節約國家投資成本，高效建設CMMB網絡所不可或缺的。

1 CMMB測試接收機的整體結構設計

文中設計的CMMB測試接收機主要由6個模塊構成，CMMB信號調諧模塊、CMMB信號調諧解調模塊、CMMB信號數據存儲模塊、功率的測量模塊[2]、主控模塊、人機交互模塊。CMMB測試接收機整體結構如圖1所示。其中人機交互模塊與主控模塊是通過USB接口相互通信的，而其它各個模塊與主控模塊的通信是通過主控模塊的GPIO口模擬的I2C和SPI總線接口進行的。首先人機交互模塊通過主控模塊對射頻前端的調諧模塊和調諧解調模塊分別進行調諧頻道和解調參數設置，然后CMMB信號調諧模塊從天線的射頻信號中，選出與頻道參數匹配的高頻信號，被選出的高頻信號被調諧模塊分為兩路：一路通過功率測量模塊，進行A/D轉換，然后進入CMMB信號數據存儲模塊進行數據存儲，再由主控模塊上傳到人機交互模塊進行處理；另一路通過CMMB調諧解調模塊，對CMMB信號進行解調和信道解碼，然后進入CMMB信號數據存儲模塊進行數據存儲，然后由主控模塊把CMMB信號參數及碼流數據上傳到人機交互模塊進行處理。

1.1 CMMB測試接收機的硬件模塊設計

硬件模塊主要以CY7C68013A芯片為控制核心，CY7C68013A芯片與各個模塊相互通信主要是通過USB接口和模擬的I2C總線、SPI總線實現的。硬件模塊電路設計框圖如圖1所示。

1.1.1 RF射頻信號的調諧模塊

本測試接收機中RF射頻信號的調諧模塊采用MXL5007，該芯片支持中國的 CMMB[3]、美國的 ATSC、ATSCM/H，歐洲的DVB-T等數字電視標準，芯片的特色在于能夠通過天線或有線接收從44~885 MHz連續頻段信號，并將輸入的RF射頻信號進行調諧輸出4~44 MHz的中頻信號；最重要的是MXL5007具有自動增益補償功能，會對輸入的射頻信號功率根據實際需要進行適當的放大或縮小，在抗干擾能力、接收靈敏度上均有很強的優勢，是CMMB測試接收機調諧器理想的選擇。

1.1.2 功率測量模塊

功率測量模塊主要采用的是LT5537對數檢波芯片和AD7468芯片，LT5537芯片是一款寬動態范圍 RF/IF檢波器，工作頻率范圍為10~1 000 MHz。該檢波器的標準輸出電壓斜率為 20 mV/dB，典型溫度系數為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、低功耗性能等優點，當MXL5007調諧器輸出的中頻信號進入LT5537功率測量芯片時，該芯片會把中頻信號的功率值轉換為電壓值，傳輸至下AD7468進行A/D轉換，然后傳輸至下一級CMMB信號數據存儲與傳輸模塊。

1.1.3 CMMB信號調諧解調模塊

CMMB信號調諧解調模塊選用了創毅視訊公司的IF206型號的芯片，IF206芯片有如下特點：支持CMMB標準；支持CMMB廣播信道標準和復用標準；支持單頻網和多頻網模式；支持BPSK、QPSK、16QAM多種星座映射模式；支持LDPC前向糾錯技術（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、對前端后端設備無特殊要求。CMMB信號到達IF206芯片后，經過A/D轉換，轉換為數字信號，然后進行解調、LDPC解碼和RS解碼，解碼后的碼流數據被繼續傳輸至下一級的CMMB信號數據存儲與傳輸模塊。

1.1.4 主控模塊和CMMB信號數據存儲模塊

主控模塊采用了賽普拉斯半導體公司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8051內核有機結合在一起，且內部嵌有4 kB FIFO運用于數據傳輸與緩存；CMMB信號數據存儲模塊選用了性價比較高的Altera公司生產的低端CycloneⅠ系列的EP1C12Q240C8N FPGA芯片。

CMMB信號數據存儲模塊中的FPGA芯片通過SPI總線和CMMB調諧解調芯片進行雙向通信，IF206 SPI總線有MMIS_CLK（SPI時鐘）、MMIS_VLD（主入從出）、MMIS_DO（主出從入）、MMIS_D3（SPI使能）。而RST是 IF206復位管腳，GPIO5管腳是CY7C68013A中斷管腳，當有中斷時IF206會通知FPGA配合CY7C68013A把CMMB信號參數和碼流數據讀走。FPGA與調諧解調芯片SPI總線的連接如圖2所示。

圖2 FPGA與調諧解調芯片連接圖Fig.2 FPGA and tuning demodulator chip connection diagram

1.1.5 人機交互模塊

人機交互模塊的主要作用是：計算機通過USB接口對各個模塊進行控制，主要完成以下任務；1）CMMB信號相關頻道參數的設置；2）CMMB信號平均功率的接收與處理；3）CMMB信號參數的接收與處理；4）CMMB碼流數據的接收與處理。

2 CMMB測試接收機的軟件設計

測試接收機中軟件的設計主要是人機交互模塊中的上位機軟件設計和主控模塊中的CY7C68013A處理器程序的設計，人機交互模塊中的軟件設計采用C#語言編程，主要功能如下：通過主控模塊對調諧模塊和調諧解調模塊進行調諧頻道和解調參數設置；CMMB信號參數的讀取與CMMB碼流播放同步進行。

主控模塊程序設計運用了EZ-USB FX2架構[5-7]，采用C語言編程，運用模塊化程序設計方法，主要模塊包括：1）I2C總線數據讀寫模塊；2）SPI總線數據輸入輸出模塊；3）設置和讀取調諧器的當前調諧頻道模塊；4）讀取解調芯片的RS誤包率、LDPC誤碼率、信號平均功率、SNR等解調信息參數模塊；5）碼流數據傳輸模塊。這幾個模塊都是由人機交互模塊通過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

3 測試與實驗

測試終端設備樣機與上位機軟件完成后，使用設備樣機和上位機軟件進行了聯調。用CMMB信號源對CMMB測試接收機進行了測試，表1為信號源平均功率為-45 dbm的測試結果。

表1 測試結果Tab.1 Test result

由上表可知，CMMB測試接收機的平均功率值的誤差范圍約為1 dB左右，通過多次測試，對測試接收機的性能進行了優化，提高了系統的穩定性，經過數天的實驗，證明CMMB網路測試接收機能夠及時有效的反應CMMB網絡信號的覆蓋情況。

4 結 論

文中設計的CMMB測試接收機，成功的實現了CMMB參數與碼流視頻播放同步進行的功能，借助該測試接收機，測試人員可以對CMMB網絡覆蓋測試進行有效精確的測試，從而確保了CMMB網絡覆蓋系統的安全穩定運行，滿足了實際CMMB網絡測試的需求。

[1]國家廣播電影電視總局.52.《GY/T220.2—2006移動多媒體廣播第2部分：復用》[S].國家廣播電影電視總局，2006.

[2]李洋.CMMB系統接收機同步算法研究與系統設計[D].北京：北京郵電大學，2009.

[3]國家廣播電影電視總局.44.《GY/T220.2—2006移動多媒體廣播第1部分：廣播信道幀結構、信道編碼和調制》[S].國家廣播電影電視總局，2006.

[4]胡曉軍，張愛成.USB接口開發技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2005.

[5]周立功.PDIUSBD12 USB固件編程與驅動開發 [M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.

[6]Cypress Semiconductor Corporation.EZ-USB FX2 Technical Reference Manual[EB/OL].Cypress Semiconductor Corporation.[2001].www.cypress.com.pdf.

[7]Cypress Semiconductor Corporation.CY7C68013A-56PVXC Data Sheet[EB/OL].[2001].www.cypress.com.pdf.