數(shù)字高清電視移動(dòng)接收技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)

石舉華

摘 要 現(xiàn)階段，在經(jīng)濟(jì)和科技的迅速發(fā)展下，人們對(duì)于電視節(jié)目的需求也與日俱增。傳統(tǒng)的電視節(jié)目已經(jīng)無(wú)法滿足時(shí)代發(fā)展的需求。而數(shù)字高清電視憑借其特有的優(yōu)勢(shì)，受到了人們的廣泛歡迎。本文結(jié)合筆者多年來(lái)的研究，針對(duì)數(shù)字高清電視移動(dòng)接收技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出了一種多天線接收技術(shù)，對(duì)其研究與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的論述，旨在與同行進(jìn)行交流分享。

關(guān)鍵詞 數(shù)字高清；移動(dòng)技術(shù)；研究實(shí)現(xiàn)

中圖分類號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2017）180-0078-02

1 多天線接收技術(shù)的提出背景

數(shù)字高清電視已經(jīng)成為當(dāng)前電視領(lǐng)域的主要潮流，不論是在觀看質(zhì)量、還是電視畫(huà)面以及聲道效果方面都有了巨大的突破，是傳統(tǒng)電視所無(wú)法比擬的。數(shù)字化高清電視必將成為數(shù)字化時(shí)代的理想產(chǎn)物，它實(shí)現(xiàn)了真正意義上的家庭影院模式，帶給人盛大的觀看體驗(yàn)。現(xiàn)階段，像一些發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、德國(guó)以及法國(guó)等，其數(shù)字電視正處于快速發(fā)展的階段。由于數(shù)字高清電視的采用模式、圖像比例格式以及信息量等因素的影響，所以在進(jìn)行節(jié)目傳輸時(shí)，必須要用高傳輸效率的調(diào)制模式來(lái)取代傳統(tǒng)的輸送方式，也正因此它對(duì)接收機(jī)的性能提出了嚴(yán)格的要求。

除此之外，考慮到移動(dòng)信道具有復(fù)雜的特性，所以在信號(hào)的接收過(guò)程中，不可避免的要遭受噪聲及回聲等多方面的干擾，所以使得信號(hào)的實(shí)際載噪要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值，再考慮到多普勒效應(yīng)對(duì)移動(dòng)接收機(jī)的影響，所以，為了保障數(shù)字高清信號(hào)能夠取得理想的接收效果，可以應(yīng)用多天線接收方案進(jìn)行應(yīng)對(duì)。

2 多天線接受的軟件設(shè)計(jì)思路

2.1 調(diào)諧器軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行這部分的設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到調(diào)諧器各個(gè)功能模塊之間的關(guān)系，為了使得設(shè)計(jì)更具有獨(dú)立性和靈活性，一般多采用多層軟件架構(gòu)技術(shù)，也能在很大程度使得對(duì)多個(gè)協(xié)調(diào)器的控制管理成為可能。

軟件部分的設(shè)計(jì)主要包括應(yīng)用程序，調(diào)諧器、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序安裝器、地面設(shè)備管理器、調(diào)諧器驅(qū)動(dòng)以及I/O管理器等部件。通過(guò)各個(gè)電路部件的共同努力，充分發(fā)揮出了協(xié)調(diào)器的功能。首先，就應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，其屬于頂級(jí)的控制軟件，要能夠獨(dú)立且高效得完成搜索，包括手動(dòng)和自動(dòng)兩方面，調(diào)諧以及盲掃等操作；作為前端控制接口函數(shù)，調(diào)諧器主要用于對(duì)調(diào)諧狀態(tài)的控制、狀態(tài)以及信號(hào)質(zhì)量的讀取等方面；設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序安裝器主要用于對(duì)初始化的協(xié)調(diào)器的具體安裝控制；地面設(shè)備管理器是聯(lián)系上層調(diào)諧器與驅(qū)動(dòng)的部件，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)調(diào)諧器的各項(xiàng)管理；作為調(diào)諧器模塊的核心組成部分，調(diào)諧器驅(qū)動(dòng)是一個(gè)重要的存在。它主要由兩方面組成，一個(gè)是驅(qū)動(dòng)函數(shù)，一個(gè)是信道解調(diào)解碼器。對(duì)于I/O管理器而言，它主要用來(lái)進(jìn)行I/O口的控制功能。

2.2 調(diào)諧器的軟件算法設(shè)計(jì)

每個(gè)電視節(jié)目都會(huì)有特定的頻道參數(shù)，數(shù)字高清電視節(jié)目會(huì)存在于不同的頻點(diǎn)上面，使得每一個(gè)頻點(diǎn)上面的電視節(jié)目種類十分豐富，這也是運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)策略，但是站在用戶的角度來(lái)考慮，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中其并不會(huì)關(guān)心具體的頻道參數(shù)問(wèn)題，只需要能夠根據(jù)自己的喜好隨意切換電視節(jié)目即可。因此，為了達(dá)到這一目的，必須要建立一個(gè)精準(zhǔn)的掃描機(jī)制，使得接收機(jī)能夠自動(dòng)保存不同頻點(diǎn)上的節(jié)目信息情況。所以，掃盲機(jī)制是十分重要的，快速、準(zhǔn)確的掃盲機(jī)制也是提高移動(dòng)接收機(jī)性能的重要手段。

在數(shù)字高清電視系統(tǒng)中，存在多個(gè)前端調(diào)諧器，這為段掃描設(shè)計(jì)提供了靈活的設(shè)計(jì)思路。比如，可以采用Zig-Zig掃描方式、線性掃描方式、多天線掃描方式以及從大到小、從小到大的互逆掃描方式等等，具體使用哪種應(yīng)該根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行具體的設(shè)定。前兩種掃描方式適用于兩個(gè)具有相同頻率的調(diào)諧器類型；而多天線的掃描方式適用于兩個(gè)具有不同頻率的調(diào)諧器類型。其中，線性掃描速度是這幾種類型中最慢的，但是卻有著高效率的結(jié)果，掃面過(guò)程十分全面；而Zig-Zig掃描方式速度雖然優(yōu)于前者但是卻偶爾會(huì)漏掃現(xiàn)象；多天線掃描的掃描速度是最快的，但是出現(xiàn)漏掃問(wèn)題的概率也是最高的，在進(jìn)行信號(hào)的鎖定時(shí)存在一定的難度。

3 多天線接收技術(shù)的硬件設(shè)計(jì)思路

3.1 硬件設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

由于接收機(jī)處于高速移動(dòng)的環(huán)境中，所以實(shí)際接收到的電平信號(hào)處于動(dòng)態(tài)的變化當(dāng)中，此時(shí)調(diào)節(jié)器要想提取到有價(jià)值的信號(hào)確實(shí)存在一定的難度。該環(huán)境中的信號(hào)會(huì)受到多種方面的影響，因此信號(hào)的質(zhì)量無(wú)法得到保障。針對(duì)這種情況，在以往的電路基礎(chǔ)和構(gòu)成部件上進(jìn)行了一定的改造，采用性能更高的雙重AGC控制電路，在配備鎖相環(huán)及DM354套片，使用多天線接收技術(shù)將收集的信號(hào)合成，以便最大程度上保證其質(zhì)量。該技術(shù)將收集來(lái)的信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一的整合處理，然后將其接收信號(hào)的載比進(jìn)行優(yōu)化改善，具體改善的程度需要根據(jù)實(shí)際使用到的天線的數(shù)量來(lái)定，且二者滿足正比例關(guān)系。

通過(guò)統(tǒng)一的處理以后，信號(hào)的功率得到了顯著的增強(qiáng)，有效將多重通道的干擾作用降到最低。這主要是因?yàn)椋喾N路徑的復(fù)雜環(huán)境特點(diǎn)，使得信號(hào)要不停的反射，使得兩個(gè)天線的實(shí)際接收到的信號(hào)特征存在較大的差異。而采用多天線接收方式，不僅能夠極大地提高信道的估值和跟蹤功能，同時(shí)降低了多普勒性能的影響，提高了移動(dòng)的速度。

3.2 硬件設(shè)計(jì)原理

首先需要射頻跟蹤濾波器以及RF可調(diào)放大器的分級(jí)處理后，產(chǎn)生一個(gè)中頻的信號(hào)頻率。像4.57MHz，36.167MHz以及43.5MHz都是常見(jiàn)的中頻信號(hào)，具體使用哪一種需要根據(jù)實(shí)際情況具體設(shè)定。該中頻信號(hào)需要經(jīng)過(guò)PL316輸出，然后在通過(guò)中頻濾波器、可調(diào)放大器及轉(zhuǎn)換電路的相繼處理后，輸入與解調(diào)器的輸入相互平行的信號(hào)。中頻濾波器能夠?qū)o(wú)關(guān)的信號(hào)噪聲排除掉，保留應(yīng)有的信號(hào)頻帶。

然后，輸出的中頻信號(hào)還需要經(jīng)過(guò)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)化電路的進(jìn)一步處理。該轉(zhuǎn)化電路的抽樣頻率滿足Fsamp工作特點(diǎn)，旨在實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)化。A/D采樣時(shí)鐘主要受到可編程的PLL鎖相環(huán)控制，對(duì)采樣時(shí)鐘的同步部分進(jìn)行估計(jì)處理便能夠得到時(shí)鐘的偏移部分。而轉(zhuǎn)化后的信號(hào)分成兩個(gè)路徑，一部分交由解調(diào)器進(jìn)行信號(hào)的解調(diào)，其次要送至AGC電路進(jìn)行調(diào)試。

4 AGC控制電路的調(diào)試過(guò)程

AGC控制電路也是提高數(shù)字高清電視移動(dòng)接收技術(shù)水平的一個(gè)重要手段，在長(zhǎng)期的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)雙重比單重的AGC電路起到的效果更加理想。在進(jìn)行實(shí)際的調(diào)試時(shí)，首先應(yīng)該打開(kāi)AGC濾波電路，使得RF/IF AGC電路處于可控范圍內(nèi)，便于進(jìn)行一定的處理；其次，調(diào)節(jié)IF AGC使其的增益值處于最小的位置，然后將RF信號(hào)不斷地輸入到電路當(dāng)中，并根據(jù)其變化情況適當(dāng)調(diào)整相應(yīng)的增益電壓，使其處于合理的數(shù)據(jù)變化范圍內(nèi)。接下來(lái)按照一定的順序?qū)⑿盘?hào)的步進(jìn)增益逐漸減小，以此來(lái)保障調(diào)節(jié)器的ADC的信號(hào)輸入保持在較為穩(wěn)定的范圍內(nèi)。當(dāng)輸入的信號(hào)電平不再隨著RF AGC進(jìn)行變化時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑黾覫F AGC的反饋放大增益，然后進(jìn)一步觀察輸出數(shù)字的變化情況。通過(guò)反復(fù)的調(diào)節(jié)作用，當(dāng)輸入的電平信號(hào)不再發(fā)生改變時(shí)，就可以準(zhǔn)確測(cè)量出系統(tǒng)的靈敏程度。

在實(shí)際的研究過(guò)程中，為了使得設(shè)計(jì)思路更加清晰，應(yīng)該根據(jù)具體的情況繪制出控制曲線圖形，更加科學(xué)合理的來(lái)分析問(wèn)題。

5 結(jié)果驗(yàn)證

對(duì)硬件和軟件部分進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)后，通過(guò)進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在移動(dòng)信道中，多天線接收技術(shù)的抗干擾性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單天線的接收方式，而且接受區(qū)域更廣闊，移動(dòng)速度以及門(mén)限C/N等方面都有了明顯的改善，推動(dòng)了數(shù)字高清電視移動(dòng)接收技術(shù)的發(fā)展。

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