高性能DTMB接收芯片的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　自從2006年中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)標(biāo)地面數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)(DTMB)公布以來(lái)，已取得較大的發(fā)展。結(jié)合逐漸成熟的AVS信源編碼標(biāo)準(zhǔn)，DTMB已經(jīng)完全具備替換原有模擬電視廣播的能力，因此也引起了廣大電視機(jī)廠商的關(guān)注，2010年將成為DTMB數(shù)字電視一體機(jī)銷量開(kāi)始爆發(fā)的一年。而在車載移動(dòng)接收市場(chǎng)，DTMB也將逐步替代部分城市原有的DVB-T系統(tǒng)，成為車載電視的最佳選擇。

　　隨著DTMB應(yīng)用逐漸普及，城市地面無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)膹?fù)雜性開(kāi)始體現(xiàn)出來(lái)，對(duì)接收芯片也提出了更高的要求。作為DTMB接收機(jī)中最為關(guān)鍵的部分，接收芯片的性能直接決定了整機(jī)的接收效果和地面數(shù)字電視的普及。杭州囯芯于2008年3月率先推出國(guó)內(nèi)第一款融合DTMB單載波/多載波以及有線數(shù)字電視的三模解調(diào)接收芯片，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在香港、杭州、荊門(mén)、湖南等地市場(chǎng)，對(duì)如何設(shè)計(jì)符合國(guó)內(nèi)接收環(huán)境的芯片有著足夠的經(jīng)驗(yàn)和充分的理解。

　　DTMB標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)

　　DVB-T作為世界范圍內(nèi)應(yīng)用最廣的地面數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，從誕生到現(xiàn)在已有13年的歷史，也是我國(guó)在提出DTMB標(biāo)準(zhǔn)前各地采用最多的地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)。雖然DVB-T的技術(shù)非常成熟，但近10年來(lái)數(shù)字電視接收的要求與當(dāng)時(shí)相比已經(jīng)有了較大改變，加上大規(guī)模集成電路產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了飛速的發(fā)展，使得更多先進(jìn)的技術(shù)可以應(yīng)用在接收芯片中。DTMB是新一代的數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)，與DVB-T相比具有以下優(yōu)勢(shì)：

　　1、更高的頻譜利用率。DTMB采用TDS-OFDM的調(diào)制方式，無(wú)需利用導(dǎo)頻來(lái)進(jìn)行信道估計(jì)，和DVB-T相比頻譜利用率提高了約10%，可在同樣傳輸帶寬下發(fā)送更多的電視節(jié)目。

　　2、更好的信號(hào)覆蓋能力。地面數(shù)字電視采用了無(wú)線的信號(hào)傳輸方式，容易受到信號(hào)衰減以及其他無(wú)線信號(hào)的影響。DTMB中FEC(前向糾錯(cuò)碼)是LDPC(低密度校驗(yàn)矩陣碼)與BCH碼的組合，與DVB-T的卷積碼和RS碼組合相比，具有更低的信噪比門(mén)限，因此極大的提高了相同發(fā)射功率下的信號(hào)覆蓋率。

　　3、更好的移動(dòng)接收能力和抗干擾能力。DTMB的多載波模式子載波間隔相當(dāng)于DVB-T的4K模式(應(yīng)用于DVB-H中)，從信道估計(jì)的角度來(lái)看，其符合奈奎斯特準(zhǔn)則的最大理論抗多普勒頻偏能力在900Hz左右，以704MHz的信號(hào)頻率來(lái)折算，可達(dá)1300多公里的理論時(shí)速。另外，因?yàn)閾碛凶畲鬄?50ms的交織深度，也大大提高了DTMB的抗突發(fā)干擾和陰影衰落能力。

　　DTMB標(biāo)準(zhǔn)的不足

　　與DVB-T標(biāo)準(zhǔn)相比，DTMB標(biāo)準(zhǔn)的不足之處在于，DVB-T采用的循環(huán)前綴結(jié)構(gòu)使其能對(duì)抗長(zhǎng)達(dá)224?s的回波干擾，而DTMB的多載波模式最多只能到125?s(幀模式3)。從DTMB幀頭的PN序列特征分析，只有在回波長(zhǎng)度小于57.4?s(對(duì)應(yīng)距離為17.2Km)時(shí)才能保證接收性能處于最優(yōu)的狀態(tài)。如果回波長(zhǎng)度大于57.4?s，信道估計(jì)雖然有最大20dB的擴(kuò)頻增益，但一旦回波數(shù)目增加(如圖1)，回波之間的干擾加大，信道估計(jì)帶來(lái)的增益會(huì)急劇下降，在極端惡劣的情況下甚至?xí)霈F(xiàn)負(fù)值。DTMB的單載波模式，因?yàn)椴捎昧藭r(shí)域均衡技術(shù)來(lái)消除回波影響，對(duì)回波長(zhǎng)度的敏感度較低，在我們的設(shè)計(jì)中可對(duì)抗近300?s的回波干擾，本文不做重點(diǎn)描述。

　　圖1、 地面信號(hào)回波干擾.

　　高性能DTMB接收芯片

　　對(duì)于大多數(shù)設(shè)計(jì)者提到的前向回波、多徑多普勒干擾導(dǎo)致DTMB接收能力下降，根據(jù)我們的研究發(fā)現(xiàn)，如果所有回波時(shí)延范圍小于57.4?s，利用合理的幀頭區(qū)域檢測(cè)算法，無(wú)論回波的分布具有什么樣的特征，信道估計(jì)的增益都很高，此時(shí)信號(hào)覆蓋主要由信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)決定，一般情況下車載移動(dòng)引入的多普勒干擾并不能導(dǎo)致接收失敗。經(jīng)過(guò)理論推導(dǎo)與實(shí)地測(cè)試，當(dāng)采用MFN(多頻網(wǎng))且回波時(shí)延范圍在30?s以內(nèi)的時(shí)候，接收質(zhì)量?jī)H與信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)相關(guān)。

　　長(zhǎng)時(shí)延的多徑回波更多出現(xiàn)在SFN(單頻網(wǎng))中。為了有效覆蓋一個(gè)較大的地區(qū)，并且進(jìn)行合理的頻率規(guī)劃，通常會(huì)采用SFN的方式來(lái)布網(wǎng)。根據(jù)前面的分析，當(dāng)兩個(gè)發(fā)射塔相距超過(guò)17.2Km，會(huì)很容易出現(xiàn)延時(shí)超過(guò)57.4?s的強(qiáng)回波，再加上其他物體(如高樓、水面)反射引入的眾多密集的多徑回波，常會(huì)出現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)足夠，但是無(wú)法正常接收的情況。這也是為什么一些城市完成信號(hào)覆蓋后仍然不能達(dá)到較好接收效果的原因。此外，在車載移動(dòng)接收的過(guò)程中，回波的數(shù)量和位置都容易出現(xiàn)劇烈變化，極易導(dǎo)致DTMB接收機(jī)幀頭檢測(cè)模塊無(wú)法準(zhǔn)確定位，進(jìn)而影響了信道估計(jì)及時(shí)跟蹤接收環(huán)境的變化，降低了移動(dòng)接收效果。

　　從上述分析中可知，在移動(dòng)接收以及多徑回波復(fù)雜的環(huán)境中，幀頭檢測(cè)的精度至關(guān)重要，GX1501B采用了針對(duì)SFN特別優(yōu)化的幀頭檢測(cè)機(jī)制，可準(zhǔn)確的定位出信號(hào)最強(qiáng)的主徑位置以及眾多的回波范圍，為信道估計(jì)模塊提供最為有效的數(shù)據(jù)。而信道估計(jì)模塊則采用了獨(dú)特的迭代算法，充分利用各條回波的數(shù)據(jù)，提高了信道估計(jì)精度;再結(jié)合時(shí)域/頻域聯(lián)合均衡的設(shè)計(jì)，使得無(wú)論是C=1的單載波模式，還是C=3780的多載波模式，均可以提供出眾的抗回波性能，完全彌補(bǔ)了城市接收環(huán)境由于高樓、水面反射以及多發(fā)射塔和補(bǔ)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)器引入造成的接收能力下降。這也使得GX1501B成為了目前各項(xiàng)綜合接收性能最出色的DTMB接收芯片。