DTMB接收芯片的應(yīng)用設(shè)計與實現(xiàn)

隨著DTMB應(yīng)用逐漸普及，城市地面無線信號傳輸?shù)膹?fù)雜性開始體現(xiàn)出來，對接收芯片也提出了更高的要求。作為DTMB接收機中最為關(guān)鍵的部分，接收芯片的性能直接決定了整機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、湖南等地市場，對如何設(shè)計符合國內(nèi)接收環(huán)境的芯片有著足夠的經(jīng)驗和充分的理解。

DTMB標準的優(yōu)勢

DVB-T作為世界范圍內(nèi)應(yīng)用最廣的地面數(shù)字電視廣播標準，從誕生到現(xiàn)在已有13年的歷史，也是我國在提出DTMB標準前各地采用最多的地面數(shù)字電視標準。雖然DVB-T的技術(shù)非常成熟，但近10年來數(shù)字電視接收的要求與當時相比已經(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)字電視傳輸標準，與DVB-T相比具有以下優(yōu)勢：??

1、更高的頻譜利用率。DTMB采用TDS-OFDM的調(diào)制方式，無需利用導(dǎo)頻來進行信道估計，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、更好的信號覆蓋能力。地面數(shù)字電視采用了無線的信號傳輸方式，容易受到信號衰減以及其他無線信號的影響。DTMB中FEC（前向糾錯碼）是LDPC（低密度校驗矩陣碼）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限，因此極大的提高了相同發(fā)射功率下的信號覆蓋率。

3、更好的移動接收能力和抗干擾能力。DTMB的多載波模式子載波間隔相當于DVB-T的4K模式（應(yīng)用于DVB-H中），從信道估計的角度來看，其符合奈奎斯特準則的最大理論抗多普勒頻偏能力在900Hz左右，以704MHz的信號頻率來折算，可達1300多公里的理論時速。另外，因為擁有最大為250ms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標準的不足

與DVB-T標準相比，DTMB標準的不足之處在于，DVB-T采用的循環(huán)前綴結(jié)構(gòu)使其能對抗長達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，只有在回波長度小于57.4?s（對應(yīng)距離為17.2Km）時才能保證接收性能處于最優(yōu)的狀態(tài)。如果回波長度大于57.4?s，信道估計雖然有最大20dB的擴頻增益，但一旦回波數(shù)目增加（如圖1），回波之間的干擾加大，信道估計帶來的增益會急劇下降，在極端惡劣的情況下甚至?xí)霈F(xiàn)負值。DTMB的單載波模式，因為采用了時域均衡技術(shù)來消除回波影響，對回波長度的敏感度較低，在我們的設(shè)計中可對抗近300?s的回波干擾，本文不做重點描述。

圖1、 地面信號回波干擾.

高性能DTMB接收芯片

對于大多數(shù)設(shè)計者提到的前向回波、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)，如果所有回波時延范圍小于57.4?s，利用合理的幀頭區(qū)域檢測算法，無論回波的分布具有什么樣的特征，信道估計的增益都很高，此時信號覆蓋主要由信號場強決定，一般情況下車載移動引入的多普勒干擾并不能導(dǎo)致接收失敗。經(jīng)過理論推導(dǎo)與實地測試，當采用MFN（多頻網(wǎng)）且回波時延范圍在30?s以內(nèi)的時候，接收質(zhì)量僅與信號場強相關(guān)。

長時延的多徑回波更多出現(xiàn)在SFN（單頻網(wǎng)）中。為了有效覆蓋一個較大的地區(qū)，并且進行合理的頻率規(guī)劃，通常會采用SFN的方式來布網(wǎng)。根據(jù)前面的分析，當兩個發(fā)射塔相距超過17.2Km，會很容易出現(xiàn)延時超過57.4?s的強回波，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，常會出現(xiàn)場強足夠，但是無法正常接收的情況。這也是為什么一些城市完成信號覆蓋后仍然不能達到較好接收效果的原因。此外，在車載移動接收的過程中，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接收機幀頭檢測模塊無法準確定位，進而影響了信道估計及時跟蹤接收環(huán)境的變化，降低了移動接收效果。

從上述分析中可知，在移動接收以及多徑回波復(fù)雜的環(huán)境中，幀頭檢測的精度至關(guān)重要，GX1501B采用了針對SFN特別優(yōu)化的幀頭檢測機制，可準確的定位出信號最強的主徑位置以及眾多的回波范圍，為信道估計模塊提供最為有效的數(shù)據(jù)。而信道估計模塊則采用了獨特的迭代算法，充分利用各條回波的數(shù)據(jù)，提高了信道估計精度；再結(jié)合時域/頻域聯(lián)合均衡的設(shè)計，使得無論是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)射塔和補點轉(zhuǎn)發(fā)器引入造成的接收能力下降。這也使得GX1501B成為了目前各項綜合接收性能最出色的DTMB接收芯片。　

圖2、國芯GX1501B DTMB接收芯片結(jié)構(gòu)圖。