??? 中國從1996年開始對國際上的數(shù)字電視地面廣播技術(shù)進(jìn)行跟蹤研究。經(jīng)過多年不懈的努力，中國在2006年8月頒布了《數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》標(biāo)準(zhǔn)(也常被稱作DTMB，標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)為GB 20600-2006)，并定于從2007年8月開始正式強(qiáng)制性實(shí)施。地面國標(biāo)在傳輸技術(shù)上采用更先進(jìn)的信道編碼技術(shù)，結(jié)合了時(shí)域和頻域" title="頻域">頻域的信道同步和均衡技術(shù)，并采用巧妙的幀體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在多項(xiàng)技術(shù)上取得了創(chuàng)新突破，是真正完整的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新體系。
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??? 2008年1月1日，香港特別行政區(qū)率先開始了基于中國數(shù)字地面電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)的廣播商業(yè)運(yùn)營。2008年5月1日“央視高清”高清頻道的正式開播，標(biāo)志著地面國標(biāo)技術(shù)進(jìn)入正式實(shí)施階段。在廣電總局的指導(dǎo)下，包括北京、上海、深圳的“6+2”個(gè)奧運(yùn)城市借鑒北京地面廣播試驗(yàn)測試和實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，開展“央視高清”轉(zhuǎn)播服務(wù)和本地的高清電視節(jié)目廣播。國內(nèi)各電視機(jī)及機(jī)頂盒廠商在等待多年之后，終于開始相關(guān)產(chǎn)品的實(shí)質(zhì)性產(chǎn)品化設(shè)計(jì)及批量生產(chǎn)。
DTMB標(biāo)準(zhǔn)回顧
??? 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)文本可看出，DTMB標(biāo)準(zhǔn)是單載波系統(tǒng)和多載波" title="多載波">多載波系統(tǒng)相融合的產(chǎn)物。載波數(shù)、PN類型、星座點(diǎn)、NR編碼和LDPC編碼碼率、交織深度等多個(gè)參數(shù)選項(xiàng)總共衍生出330種組合。然而，其中有些參數(shù)選項(xiàng)明顯是為了某種載波調(diào)制方式而設(shè)的，將它們應(yīng)用到另一種載波調(diào)試方式則意義不大。在這330種模式中，大約260種是我們認(rèn)為有實(shí)用價(jià)值的。事實(shí)上，相關(guān)部門研究制定的《地面數(shù)字電視接收機(jī)通用規(guī)范》也只對其中的7種模式作了要求。減少模式有利于降低產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)成本并快速將方案推向?qū)嶋H應(yīng)用。
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DRX398yZ的系統(tǒng)原理框圖。
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??? 每個(gè)DTMB的信號(hào)幀均由用于同步和信道估計(jì)的PN序列以及數(shù)據(jù)載荷部分組成。單載波模式下的數(shù)據(jù)載荷在時(shí)域進(jìn)行調(diào)制，而多載波模式下的數(shù)據(jù)載荷在頻域進(jìn)行調(diào)制。對于標(biāo)準(zhǔn)的多載波部分，使用頻域處理是傳統(tǒng)的解決方案，這使得與頻譜相關(guān)的各類信道失真(諸如模擬同頻干擾、單頻干擾等)可以很方便地得到偵測、抑制或補(bǔ)償。對于標(biāo)準(zhǔn)的單載波部分，則最好使用時(shí)域的判決反饋均衡器" title="均衡器">均衡器，以便偵測時(shí)域相關(guān)的失真(諸如回波、相位抖動(dòng)等)。均衡器的工作不僅基于PN序列，而且在數(shù)據(jù)載荷部分也能繼續(xù)。雖然這類時(shí)域均衡器的實(shí)現(xiàn)成本可能較高，但它們的性能好，還是物有所值的。
??? PN420和PN945幀頭由循環(huán)PN序列構(gòu)成，并發(fā)送功率高于幀內(nèi)數(shù)據(jù)載荷部分。這使得多載波解調(diào)器可以僅依賴PN序列所帶來的信道信息對頻域載荷進(jìn)行糾正補(bǔ)償。相同的幀也可以用于單載波中，但高功率的PN要求均衡器的精度要提高，從而增加了實(shí)現(xiàn)成本。此外，這些序列的循環(huán)特性會(huì)在均衡器抽頭上形成回波的假象，并與真實(shí)信號(hào)中的回波混在一起，很難消除。因此，非循環(huán)且信號(hào)功率連續(xù)的PN595序列更適合于標(biāo)準(zhǔn)中的單載波部分。
??? PN420和PN945幀頭又分為固定和旋轉(zhuǎn)兩種。在固定模式下，每幀的PN序列都是相同的；在旋轉(zhuǎn)模式下，每幀PN序列的起始相位都不同。由于回波的影響，前一幀的數(shù)據(jù)載荷會(huì)延后疊加到當(dāng)前幀PN序列的前半部分，后半部分可仍舊保持“干凈”。傳統(tǒng)的處理此類失真的辦法是在時(shí)間上進(jìn)行濾波以減少影響。但在旋轉(zhuǎn)模式下，PN序列的各部分均可以通過“干凈”的窗口，這使得更多更好的信道算法可以得到運(yùn)用。高級(jí)的解調(diào)芯片" title="解調(diào)芯片">解調(diào)芯片可以基于旋轉(zhuǎn)模式提供更好的接收性能。
??? 還有一類參數(shù)組合不太實(shí)用，即多載波的QPSK-NR模式。NR編碼的碼率是0.5，且只能結(jié)合碼率為0.8的LDPC碼使用，這使得總的編碼碼率為0.4。該組合的效率并沒有碼率為0.4的LDPC碼高，因此在多載波模式下，應(yīng)優(yōu)先使用LDPC 0.4模式。在單載波模式下，NR解碼器的短延遲使其能成為時(shí)域均衡器的一部分，有助于提高判決反饋均衡器" title="判決反饋均衡器">判決反饋均衡器的性能。
DTMB解調(diào)芯片的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
??? 芯片設(shè)計(jì)的主要挑戰(zhàn)總是如何提供一款性能優(yōu)越且成本相對較低的產(chǎn)品。對于DTMB這樣較復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)來說，做到這一點(diǎn)并不容易，需要仔細(xì)斟酌哪些特性是有用的，并能解決實(shí)際碰到的問題。當(dāng)將DTMB與DVB-T、ATSC和ISDB-T進(jìn)行比較時(shí)，DTMB在接收機(jī)成本方面處在劣勢。因此，設(shè)計(jì)重點(diǎn)不僅在于如何降低解調(diào)芯片的成本，同時(shí)也在于如何降低接收機(jī)的整體成本。
??? 降低接收機(jī)的整體成本無非有以下幾種方式：將外部電路集成到芯片內(nèi)；降低對外部電路的性能要求或者擯棄外部電路；仔細(xì)考慮合適的芯片封裝形式；縮小PCB面積。此外，如果現(xiàn)有的其他制式的解調(diào)產(chǎn)品可以快速切換到DTMB制式，也能有效地降低設(shè)計(jì)成本和縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。
??? 任何解調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都是從仔細(xì)選擇針對中頻信號(hào)的高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)開始的。如果ADC的性能不好，后續(xù)的數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)無法彌補(bǔ)性能損失。為保證系統(tǒng)的低成本，通常采用廉價(jià)的低頻晶振。高級(jí)的解調(diào)芯片甚至可以復(fù)用高頻頭內(nèi)部的基準(zhǔn)時(shí)鐘，以進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本。對于這類解決方案，芯片內(nèi)需具備低噪聲的鎖相環(huán)以便產(chǎn)生內(nèi)部工作時(shí)鐘。
??? 為減少使用昂貴的聲表濾波器，采樣頻率應(yīng)足夠高。強(qiáng)大的濾波技術(shù)可以抑制不需要的鄰頻信號(hào)。同時(shí)，高速的芯片內(nèi)部工作時(shí)鐘也能有效地降低芯片面積。縮小芯片面積的關(guān)鍵設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：讓盡量少的邏輯盡量繁忙。
??? 解調(diào)芯片不僅僅要面對惡劣的信道，同時(shí)也要應(yīng)付實(shí)際應(yīng)用中巨大的溫度、電壓和環(huán)境波動(dòng)。采樣速率、中頻頻率和信號(hào)功率都需要實(shí)時(shí)跟蹤，才能保障不間斷的正常接收。因此，在實(shí)際解調(diào)信號(hào)通路以外附加跟蹤信號(hào)電路也對提升性能有很大幫助。
??? DTMB信號(hào)的幀同步很重要。對單多載波來說，可以通過PN序列的時(shí)域提取同步信息。回波的信息也可以通過基于PN序列的時(shí)域均衡器或者頻率信道估計(jì)模塊得到。
??? DTMB標(biāo)準(zhǔn)的性能提升有很大一部分要?dú)w功于信道編碼部分，很深的交織器和很強(qiáng)的LDPC編碼組合應(yīng)用于修復(fù)受損的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，提高性能是需要付出代價(jià)的。時(shí)域解交織需要能存儲(chǔ)超過一百萬個(gè)符號(hào)的內(nèi)存，現(xiàn)有解調(diào)芯片通常需要配合SDRAM來完成該功能。無論內(nèi)置還是外置SDRAM都直接增加了成本，但內(nèi)置SDRAM可顯著降低封裝和PCB的成本。外置SDRAM的功耗也不能忽視。幸運(yùn)的是，交織算法要求SDRAM的時(shí)鐘頻率在40MHz左右，這有效地限制了整體功耗，降低了接口電路的設(shè)計(jì)難度。
??? LDPC編碼以強(qiáng)大的糾錯(cuò)能力著稱。它的解碼算法是迭代的，第一次迭代的效果比后續(xù)迭代顯著很多。由于LDPC解碼的功耗很大，數(shù)據(jù)修復(fù)一旦完成應(yīng)立即終止迭代，或者應(yīng)該設(shè)置最大迭代次數(shù)，以避免在修復(fù)概率很低的數(shù)據(jù)上白白耗費(fèi)功率。
DRX398yZ解決方案
??? DRX398yZ是Micronas公司即將推出的一款針對中國地面數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)GB20600-2006的解調(diào)芯片。DRX3986Z同時(shí)支持國標(biāo)單多載波的解調(diào)，主要針對IDTV以及將在國內(nèi)各地使用的接收機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)(如USB電視棒)。DRX-Z系列芯片的集成度很高，內(nèi)置了10b高速ADC、鎖相環(huán)和解交織用SDRAM，只需搭配簡單的無源晶體便可工作，可大大簡化解調(diào)芯片的周邊電路，讓工程師輕松完成設(shè)計(jì)。
??? DRX398yZ接收中頻或者低中頻差分信號(hào)輸入，支持常用的中頻頻率(如36MHz、36.125MHz及36.166MHz等)。芯片配備中頻及射頻兩路自動(dòng)增益控制信號(hào)(IF/RF AGC)，輸出形式均為脈寬調(diào)制波形，需使用分立元器件搭建低通濾波器從而形成平穩(wěn)的增益控制電壓。這兩個(gè)AGC輸出管腳也可以配置成Open Drain狀態(tài)，這樣可以進(jìn)一步擴(kuò)大電壓控制范圍，配合更多種類的高頻頭。
??? 該芯片的TS流輸出波形也可配置，并行、串行輸出模式皆可選，輸出的TS數(shù)據(jù)的高低位也可翻轉(zhuǎn)，以便最大限度地優(yōu)化與各類解碼芯片搭配的PCB設(shè)計(jì)。
??? DRX-Z系列芯片的驅(qū)動(dòng)軟件和Micronas其它解調(diào)產(chǎn)品線保持兼容。相對于傳統(tǒng)解調(diào)芯片開放寄存器表的做法，Micronas公司的解調(diào)產(chǎn)品內(nèi)置了總控微核，通過I2C接口接收各類控制指令，執(zhí)行內(nèi)部控制操作之后再將結(jié)果返回。因此，在驅(qū)動(dòng)程序中，Micronas公司給客戶開放了一組API接口進(jìn)行控制。為便于客戶的評估和集成調(diào)試，還提供參考設(shè)計(jì)電路板和基于Windows操作系統(tǒng)的評估軟件。
??? Micronas公司相信這款全新的解調(diào)產(chǎn)品系列將幫助中國客戶輕松完成數(shù)字電視產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，從容應(yīng)對快速增長的數(shù)字地面國標(biāo)市場。