單纜實(shí)現(xiàn)多星多機(jī)接收的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)字衛(wèi)星多星多機(jī)接收方案的發(fā)展源于人們要充分使用衛(wèi)星資源的想法。通常使用2種方式：一是用單個(gè)高頻頭配合可轉(zhuǎn)動(dòng)天線，采用DISEQC1.2來控制轉(zhuǎn)動(dòng)衛(wèi)星接收天線實(shí)現(xiàn)對(duì)多星下行信號(hào)的接收；二是用多個(gè)固定高頻頭，采用DIsEQC1.0或DISEQC2.0配合DISEQC開關(guān)選擇通路實(shí)現(xiàn)多星接收。前者常用于單機(jī)多星接收的場(chǎng)合；后者可用于多機(jī)接收，但每個(gè)接收機(jī)要用一條獨(dú)立的下行電纜，連接DISEQC開關(guān)到機(jī)頂盒之間的通路。

按照衛(wèi)星數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)星下行信道通帶范圍內(nèi)有大量空閑頻帶存在。從衛(wèi)星接收到的電磁波匯聚到高頻頭的饋源上轉(zhuǎn)換成的電壓信號(hào)，供高頻頭進(jìn)行變頻處理，在這種情況下，高頻頭降頻后的中頻信號(hào)在沒有復(fù)用的情況下，中頻信號(hào)帶寬也有大量空閑頻帶存在。這使得信號(hào)的復(fù)用成為可能。

2硬件電路的設(shè)計(jì)

筆者設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)處理模塊，將高頻頭輸出的多路信號(hào)復(fù)用到一個(gè)通路中，利用一根下行線纜傳輸?shù)叫l(wèi)星接收機(jī)。本方案將設(shè)計(jì)好的信號(hào)處理模塊封裝起來，一方面用戶無須自行設(shè)計(jì)多路選擇線路，另一方面可避免DISEQC方案下多根下行電纜的布線繁雜問題。

信號(hào)處理模塊的核心功能是單纜接口(SCIF)，對(duì)低噪聲下變頻器(LNB)輸出的多路信號(hào)進(jìn)行處理。本設(shè)計(jì)將信號(hào)處理模塊與LNB集成，如圖1所示。從饋源接收下來未經(jīng)處理的衛(wèi)星信號(hào)bank 1～bank m，經(jīng)過處理復(fù)用到一條通道上，通過單根下行線纜代替DISEQC方案中的多根線纜實(shí)現(xiàn)下行傳輸，再通過功率分配器分配給多個(gè)接收機(jī)使用。

2.1 復(fù)用原理

經(jīng)過高頻頭輸出的中頻信號(hào)頻率范圍在950～2150MHz之間，每個(gè)頻道占據(jù)此頻帶范圍的一定帶寬。收看電視節(jié)目時(shí)，只需保證節(jié)目相關(guān)帶寬上的信號(hào)在對(duì)信號(hào)處理的過程中不受影響。本硬件電路的功能是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行移頻和復(fù)用處理，從而達(dá)到在下行線纜中傳輸多路節(jié)目的目的。信道復(fù)用的原理如圖2所示。

圖2中的黑色方塊表示用戶想要收看的節(jié)目頻道在 整個(gè)節(jié)目通道中所處的位置，白色矩形框表示與信道對(duì)應(yīng)的傳輸通道，頻帶范圍在950～2150 MHz之間，橫坐標(biāo)表示頻率空間。bank 1～。bank 4表示高頻頭1～4路輸出信號(hào)。此處理分2部分，信號(hào)移頻和信號(hào)復(fù)用。移頻由SCR芯片來完成，復(fù)用由加法器來實(shí)現(xiàn)。

2．2電路設(shè)計(jì)及細(xì)節(jié)分析

圖3虛線后部分與圖2對(duì)應(yīng)。

圖中44矩陣在實(shí)際電路中由2片HMC276芯片組成，用于選擇打開bank l～bank 4中某一通路信號(hào)，供SCR芯片進(jìn)行移頻處理，SCR的移頻工作在ST7LNB1的控制下實(shí)現(xiàn)，其中每個(gè)SCR芯片的中心頻率不同，與圖2中UBO～UB3的中心頻率對(duì)應(yīng)，此中心頻率是由芯片固有性質(zhì)決定的，常在同一系統(tǒng)中使用的組合有4路組合及8路組合等，它們對(duì)應(yīng)的用戶帶寬(UB)分別為60 MHz和40 MHz。這些中心頻率是由硬件確定的，但在實(shí)際使用中，是由機(jī)頂盒發(fā)送DISEQC命令檢測(cè)得到。本方案中的降頻參考圖3分2次實(shí)現(xiàn)，第一次降頻在圖3虛線左側(cè)實(shí)現(xiàn)，之后矩陣輸入信號(hào)頻率Freq_martrix_input=|Freq_down_Flo|。第二次降頻在圖3虛線右側(cè)SCR中實(shí)現(xiàn)，之后SCR輸出信號(hào)頻帶中心頻率Freq_scr_output=F_SCR。需要說明的是，第二次降頻由ST7LNB1控制SCR來實(shí)現(xiàn)，參考SCR的數(shù)據(jù)表可知，SCR可以將950～2150 MHz范圍的任意信號(hào)頻移到其中心頻率附近的帶寬范圍內(nèi)，這一點(diǎn)由機(jī)頂盒發(fā)送DISEQC命令向ST7LNB1傳送相關(guān)參數(shù)信號(hào)來確定，主要是本振和SCR中心頻率。Freq_down是衛(wèi)星下行信號(hào)經(jīng)窄濾波器濾波后的信號(hào)載頻，F(xiàn)lo為高頻頭本振頻率。SCR后面的帶通濾波器(BPF)用于濾除用戶帶寬之外的信號(hào)，防止復(fù)用時(shí)信號(hào)串繞失真。BPF'的頻寬和中心頻率與各SCR一一對(duì)應(yīng)。

3 軟件支持

機(jī)頂盒軟件要解決的主要問題包括檢測(cè)UB數(shù)目和中心頻率、信號(hào)通路的選擇以及沖突避免等。

3．1 測(cè)試UB數(shù)目和UB中心頻率

硬件設(shè)備配置好后，通過軟件程序來控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。首先是由機(jī)頂盒發(fā)送DISEQC命令檢測(cè)系統(tǒng)UB的個(gè)數(shù)及其中心頻率，檢測(cè)結(jié)果反映硬件的配置情況。在檢測(cè)過程中，通過示波器來觀察信號(hào)通路中發(fā)送DISEQC命令時(shí)通路中的信號(hào)情況和SCIF信號(hào)處理模塊反饋給機(jī)頂盒的信號(hào)。檢測(cè)的方法是把示波器接入下行線纜通路中，由用戶操縱機(jī)頂盒發(fā)送檢測(cè)UB的DISEQC命令，觀察通路中信號(hào)情況。檢測(cè)到的結(jié)果如圖4所示。

圖中，尖鋒脈沖為機(jī)頂盒發(fā)送DISEQC命令后線纜中的信號(hào)，可反映SCR中心頻率的狀況，4個(gè)帶通范圍為發(fā)送DISEQC一段時(shí)間后通路中的信號(hào)，反映此電路模塊對(duì)信號(hào)的增益情況，是信號(hào)可存在的有效頻帶范圍。經(jīng)觀察，上述4個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)在1210 MHz，1420 MHz，l680 MHz，2040 MHz的中心頻率上，在ST7LNBl的控制下產(chǎn)生的。機(jī)頂盒系統(tǒng)發(fā)送UB_SINGAL_ON（ ）命令向SCIF模塊傳輸一些數(shù)據(jù)信息，對(duì)ST7LNB1寫入一些數(shù)據(jù)，包括所有可能存在的SCR中心頻率，共12個(gè)，當(dāng)這些頻率與ST7LNBl中存儲(chǔ)的與本硬件電路相關(guān)的SCR中心頻率數(shù)據(jù)庫(kù)相符合時(shí)，ST7LNBl會(huì)控制系統(tǒng)在相應(yīng)頻點(diǎn)發(fā)送反饋的脈沖信號(hào)。機(jī)頂盒捕捉到這些信號(hào)之后可獲得不同SCIF模塊的固有頻點(diǎn)，同時(shí)通過查對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表得到對(duì)應(yīng)的UB帶寬。上述4個(gè)通帶是發(fā)送DISEQC命令一段時(shí)間后示波器檢測(cè)到的信號(hào)，它反映了系統(tǒng)對(duì)白噪聲的信號(hào)增益。

檢測(cè)UB的相關(guān)信息是解決用戶信號(hào)通路選擇的關(guān)鍵。UB信息檢測(cè)成功之后，軟件系統(tǒng)通過用戶界面菜單設(shè)置的相關(guān)參數(shù)(包括衛(wèi)星、極性、本振等信息)發(fā)送參數(shù)到ST7LNBl來選擇信號(hào)和控制信號(hào)所走的通路。對(duì)比上述UB的檢測(cè)結(jié)果和LNB模塊中所采用的SCR個(gè)數(shù)及中心頻率等物理參數(shù)，本系統(tǒng)能夠正常檢測(cè)到UB通道設(shè)置的相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)。

3．2信號(hào)以及信號(hào)通路的選擇

用戶從檢測(cè)到的UB中選擇一個(gè)，作為信號(hào)最終在信道中存在的頻帶范圍。對(duì)頻帶(band)的選擇也由用戶來確定，包括衛(wèi)星、極性和頻帶高低3個(gè)條件。以上4個(gè)條件確定后，各機(jī)頂盒對(duì)應(yīng)的信號(hào)傳輸通路就確定了。雖然各機(jī)頂盒占用的UB不同，但對(duì)所選的衛(wèi)星、極性和頻帶高低沒有限制。此信息由軟件系統(tǒng)以DISEQC命令參數(shù)的方式將代表這幾個(gè)條件的信息發(fā)送給ST7LNB1，由ST7LNBl負(fù)責(zé)解碼室內(nèi)機(jī)頂盒發(fā)出的DISEQC指令。

在確定以上條件后，各機(jī)頂盒可在各自的通路上發(fā)送存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的節(jié)目頻點(diǎn)、數(shù)據(jù)傳輸速率等信息，以完成對(duì)節(jié)目信息的搜索。此過程通過對(duì)單機(jī)的通道選擇來檢測(cè)。若依次選擇好UB、衛(wèi)星、極性、本振的組合后，進(jìn)行節(jié)目搜索和換臺(tái)等操作，機(jī)頂盒均能夠正常工作，則表明，系統(tǒng)可以正常選擇通道并完成對(duì)信號(hào)傳輸。

3.3 DISEQC命令重發(fā)等待機(jī)制

由于各機(jī)頂盒使用同一根下行線纜來傳輸DISEOC信號(hào)和下行反饋信號(hào)，且各DISEQC命令都加載在22 kHz的頻率上進(jìn)行傳輸，當(dāng)通路中同時(shí)存在多個(gè)機(jī)頂盒發(fā)送的DISEQC命令時(shí)，線纜中的信號(hào)將產(chǎn)生沖突而無法辨識(shí)。為解決這一問題，本方案采取命令重發(fā)方式，重發(fā)等待時(shí)間由線性反饋移位寄存器獲得，如圖5所示。

開機(jī)時(shí)，各移位寄存器的初始值如圖5所示，其后4位的賦值是系統(tǒng)SCR芯片個(gè)數(shù)的二進(jìn)制表示。當(dāng)用戶換臺(tái)成功時(shí)，移位寄存器進(jìn)行移位操作但不重發(fā)命令。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到發(fā)生沖突時(shí)，系統(tǒng)把各機(jī)頂盒所取的UB值(0～7)加1賦給移位寄存器后4位，前3位數(shù)據(jù)保持不變。此時(shí)，由移位寄存器所構(gòu)成的7位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)與27相除得到的值就是隨機(jī)等待時(shí)間，單位為秒。由機(jī)頂盒將配置參數(shù)發(fā)送到ST7LNB1，由ST7LNB1根據(jù)機(jī)頂盒上傳參數(shù)，控制本模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理。

4 小結(jié)

系統(tǒng)對(duì)常用的高頻頭電路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和功能提升，使僅能處理高頻／低頻、水平／垂直、衛(wèi)星A／B所形成的8路組合中的一路高頻頭電路，能根據(jù)多個(gè)用戶的手動(dòng)設(shè)置同時(shí)處理多路信號(hào)。一方面具備多路獨(dú)立的降頻處理電路，另一方面使用多個(gè)SCR芯片對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行獨(dú)立的移頻處理。設(shè)計(jì)中經(jīng)過降頻和移頻處理后得到的信號(hào)頻率在950～2 150 MHz范圍內(nèi)，不會(huì)產(chǎn)生頻率復(fù)用重疊干擾，復(fù)用信號(hào)能被機(jī)頂盒軟硬件系統(tǒng)正確無誤地分離和處理。本設(shè)計(jì)常用于家庭多機(jī)和目前高端市場(chǎng)流行的PVR機(jī)頂盒。不但可節(jié)省開關(guān)器件和線纜，降低系統(tǒng)的安裝成本和安裝難度，還能保證在采用單根下行線纜時(shí)支持對(duì)各頻點(diǎn)上節(jié)目的處理。