一種機頂盒遠程喚醒方法及技術實現

周德斌，沈陽，王磊，許幫保

一種機頂盒遠程喚醒方法及技術實現

周德斌，沈陽，王磊，許幫保

（國家新聞出版廣電總局廣播科學研究院，北京100866）

提出了一種極低功耗的、在電視機頂盒主電源關斷、輔電源導通的情況下，機頂盒遠程喚醒的方法和技術實現。把原來應用于物聯網、智能家居、遠程抄表等領域的Sub-1G技術和包含Sub-1G技術的無線MCU應用于機頂盒領域（包含有線電視機頂盒和地面電視機頂盒），將其作為運營商與終端用戶之間通信、喚醒的一種手段。此方法對于應急廣播具有重要意義。

應急廣播；機頂盒；遠程喚醒；Sub-1G技術；低功耗

【本文獻信息】周德斌，沈陽，王磊，等.一種機頂盒遠程喚醒方法及技術實現［J］.電視技術，2015，39（10）.

“應急廣播”，是指在面臨突發公共事件時，利用廣播電視系統向公眾通告應急事件的信息。基于廣播電視系統向社會公眾傳播緊急信息是進行快速廣泛預警、及時通報災情、協助防災救災的有效手段。有線電視和地面電視已經成為人們獲得信息的主要途徑，也是應急廣播的主要途徑之一。

現有的機頂盒待機技術，不論是真待機還是假待機，其功耗都是不小的。其中，假待機只關閉視頻和音頻輸出等電路，主芯片也運行于比較節能的工作狀態，例如，關閉一些內部模塊，此時調諧器和主芯片內解復用模塊還是處于工作狀態，電源等電路仍然處于工作狀態，功耗幾乎與正常工作狀態相當。在假待機時，機頂盒可以接收和分析TS流，從而根據TS流的特定信息喚醒機頂盒。

真待機一般可以通過使用單片機將系統的供電切斷，使CPU和調諧器都處于斷電狀態，此時系統中最少可只保留單片機和紅外接收機工作。真待機時，由于機頂盒的主處理器，或主處理器內的相關模塊，如解復用模塊是處于非工作狀態的，機頂盒就不能解析TS流中的內容信息，這樣機頂盒就不能接收到運營商發來的喚醒信息了。

真待機的待機功耗一般小于2 W或1 W，對于很多用戶來說，這樣的功耗仍然是不能承受的，所以廣大電視用戶在不看電視時，一般都是手動關斷機頂盒的電源開關的，這種情況下，現有技術更是不可能遠程喚醒機頂盒，而應急廣播關乎人民群眾的生命財產安全，能在手動關斷機頂盒電源的情況下遠程喚醒機頂盒就顯得很有意義了。

1　Sub-1G技術及無線MCU

在物聯網的世界中，無線連接裝置的可選方式有很多種，最流行的包括WiFi，Bluetooth，ZigBee和基于Sub-1G技術的解決方案。其中，ZigBee是IEEE802.15.4協議的代名詞，其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據率、低成本。根據一些廠家的資料顯示，一個ZigBee節點，采用一節普通5號電池供電，可正常使用6個月到兩年的時間，可見其用電之省。

Sub-1G技術（也叫Sub-GHz技術）是一種在1 GHz頻率范圍之內的無線連接技術，它與ZigBee技術類似，應用的場合也類似。為的是解決低功耗、低成本、低速率智能節點的數據傳輸，主要應用在物聯網、智能家居、遠程抄表等方面。其雙向通信遵循的也是IEEE802.15.4協議。工作頻段一般在200～900 MHz。調制方式主要有2FSK、4FSK、GFSK以及OOK等。工作帶寬一般為幾千到幾萬比特/每秒，現有技術水平下接收靈敏度可達-110 dBm以上。

Sub-1G發射器、接收器或者收發器能在工作狀態、standby/sleep（待命/休眠）狀態、或者shutdown（關停）狀態之間快速轉換。一般工作狀態的電流為幾毫安左右，而standby/sleep或者shutdown狀態下電流能低到微安甚至納安級別。

發射端和接收端在大部分時間都處于standby/sleep或者shutdown狀態，只有極短時間處于發射/接收工作狀態，以發送/監聽信息和指令。Sub-1G技術通過這樣的策略來達到省電目的。

無線微控制單元（Micro Control Unit，MCU）簡單來說就是加上無線收發功能的MCU，這里的無線收發可以是WiFi，Bluetooth，ZigBee或Sub-1G等技術，由于把無線收發器和MCU集成在一起，會比分離方式更加省電。

為了進一步說明Sub-1G技術，以兩個廠家的幾款具體芯片為例，其技術資料都可以在相關廠家的網站上找到。

1）Silicon Labs公司

主要芯片包括Si106x/108x系列無線MCU，Si1010/1/2/3/ 4/5系列無線MCU，Si4455 Sub-GHz收發器，Si4010 MCU和射頻發射器，Si4012射頻發射器，Si4355 Sub-GHz接收器和Si4356獨立式Sub-GHz接收器［1-3］。

2）Texas Instruments公司

主要芯片包括CC430F6125/6/7等無線MCU，RF430F5978無線MCU，CC1110Fx/CC1111Fx系列無線MCU，CC115L Sub-1發射器和CC113L Sub-1接收器［4-6］。

2　基于Sub-1G技術的機頂盒遠程喚醒實現方法

2.1技術分析

有線電視的傳輸標準為：1）頻率范圍為47～862 MHz。2）最小輸入電平≥33 dBμV（64QAM），最大輸入電平≤108.8 dBμV，相當于-80～-4.2 dBm，一般的，有線電視的輸入電平最低為60 dBμV，對應于-53 dBm。3）頻道帶寬8MHz［7-8］。

地面電視的傳輸標準為：1）頻率范圍48.5～862 MHz。2）輸入電平一般為-80～-50 dBm。3）頻道帶寬8MHz［9-11］。

一個電視頻道帶寬為8 MHz，而Sub-1G帶寬為幾千赫茲到幾十萬赫茲。從有線電視的輸入電平、頻率范圍、帶寬、帶外抑制、接收靈敏度等指標來看，Sub-1G技術是滿足作為一路電視信號傳輸的要求的。

2.2實現方法

在有線電視的運行商發送端，占用一個空閑頻道來發送一路Sub-1G信號，經過混合器與其他頻道的電視節目混合、放大之后，通過有線電視網絡傳遞出去。

類似地，在地面電視發送端，占用一個空閑頻道來發送一路Sub-1G信號，經過混合器與其他頻道的電視節目混合、放大之后，通過地面電視發射天線發送出去。

運營商端Sub-1G發送電路可采用帶Sub-1G收發器的無線MCU（wireless MCU），也可采用Sub-1G發射器或者收發器加上系統CPU或者MCU的電路組合（因為運營商的功耗不是主要問題，整個系統一般都是24 h運行）。

在機頂盒端，將接收到的有線電視射頻信號（或者地面電視接收天線接收到的電視射頻信號）分成兩路，一路仍然給高頻頭去解調電視信號，另一路傳給Sub-1G接收芯片接收。系統構成如圖1所示。

圖1　系統構成圖

機頂盒的電源分為主電源和輔電源，主電源給機頂盒供電，輔電源給Sub-1G接收芯片及其相關電路供電。機頂盒電源開關為一個二選一開關，當一般意義上的機頂盒電源按鈕關斷時，開關導通輔電源而關斷主電源，反之，電源按鈕開通時，機頂盒輔電源關斷而主電源導通，關斷輔電源是為了進一步省電。主電源除了靠二選一開關導通之外，還能靠另一路可控開關開啟，該可控開關的控制端由Sub-1G接收芯片的GPIO管腳輸出控制信號來控制。平時用戶不看電視時，可以手動關閉機頂盒主電源。

機頂盒中的Sub-1G電路監聽運營商端的Sub-1G信號，當接收到有效的喚醒數據指令或者喚醒信號之后在相應的GPIO接口輸出控制信號，去控制機頂盒主電源的開啟。

具體電路如圖2所示。

圖2　帶Sub-1G電路的機頂盒電路示意圖

優選的，Sub-1G接收電路為帶Sub-1G接收器或者收發器的無線MCU（wireless MCU），當然也可采用Sub-1G接收器加上帶模塊管理功能的低功耗MCU的電路組合。

因為Sub-1G接收電路極其省電，輔電源也可采用電池供電的方式。

除了遠程單向喚醒機頂盒之外，還可利用有線電視網絡的雙向性能以及Sub-1G的雙向通信性能，開展一些有線機頂盒在關機情況下的雙向通信服務。

在Sub-1G電路喚醒并使機頂盒電視接收電路通電正常工作之后，運營商再通過TS碼流把應急廣播指令和相關信息傳遞給機頂盒，打開相應的頻道，播放應急廣播節目內容。

3　結束語

本文把原來應用于物聯網、智能家居、遠程抄表等領域的Sub-1G無線連接技術和包含Sub-1G技術的無線MCU應用于機頂盒領域，將其做為運營商與終端用戶之間通信、喚醒的一種手段。由于Sub-1G技術功耗極低，只要把給其供電的輔電源效率做得足夠高，其總體能耗是很小的。在機頂盒主電源關斷，只保持Sub-1G電路供電的情況下，通過監聽運營商的喚醒指令，根據喚醒指令導通主電源使機頂盒工作，這樣的方式和能耗是可以為絕大多數民眾所接受的，對于應急廣播的實施具有非常重要的社會意義。

［1］Silicon Laboratories Inc.Si106x/108x Ultra-low power MCU with integratedhigh-performancesub-1GHztransceiver［EB/OL］.［2014-02-26］.http://www.silabs.com/Support%20Documents/ TechnicalDocs/Si106x-8x.pdf.

［2］Silicon Laboratories Inc.Si1010/1/2/3/4/5 Ultra Low Power，16/8 kB，12/10-Bit ADCMCU with Integrated 240-960 MHz EZRadio-PRO Transceiver［EB/OL］.［2014-09-04］.http://www.silabs.com/ Support%20Documents/TechnicalDocs/Si1010.pdf.

［3］Silicon Laboratories Inc.Si4455EASY-TO-USE，LOW-CURRENTOOK/（G）FSKSUB-GHZTRANSCEIVER［EB/OL］.［2014-10-15］.http://www.silabs.com/Support%20Documents/ TechnicalDocs/Si4455.pdf.

［4］TexasInstrumentsInc.CC430F613x，CC430F612x，CC430F513x MSP430 SoC With RF Core［EB/OL］.［2014-09-06］.http://www.ti. com/lit/ds/symlink/cc430f6126.pdf.

［5］Texas Instruments Inc.CC113L Value Line Receiver［EB/OL］.［2014-09-08］.http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cc113l.pdf.

［6］Texas Instruments Inc.CC115L Value Line Transmitter［EB/OL］.［2014-09-08］.http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cc115l.pdf.

［7］劉春江，郭沛宇.一種有線數字電視機頂盒遠程喚醒實現方法［J］.電視技術，2014，38（17）：60-62.

［8］GY/T 106—1999，有線電視廣播系統技術規范［S］.1999.

［9］孫軍.中國數字電視地面傳輸標準解讀［EB/OL］.［2014-09-08］. http://www.doc88.com/p-804578904580.html.

［10］GY/T 237—2008，VHF/UHF頻段地面數字電視廣播頻率規劃準則［S］.2008.

［11］GY/T 236—2008，地面數字電視廣播傳輸系統實施指南［S］.2008.

Very Low Power Remote Wake-up Method and Technical Realization of Digital TV STB

ZHOU Debin，SHEN Yang，WANG lei，XU Bangbao
（Academy of Broadcasting Science，SAPPRFT，Beijing 100866，China）

The realization method and technology of set-top box remote wake-up of a very low power consumption is presented，in the main power supply set-top box off and the auxiliary power turn-on condition.In this paper，the original application in the Internet of things，smart Home Furnishing，remote meter reading and other areas of the Sub-1G technology and Sub-1G technology wireless MCU are applied in the set-top box field（including cable TV set-top boxes and terrestrial TV set-top boxes），make it a communicating，awakening means between the operator and the terminal user.This method is of great significance for the emergency broadcast.

emergency broadcast；set-top box；remote wake-up；Sub-1G technology；low power

TN934

B

10.16280/j.videoe.2015.10.012

許盈

2014-10-17