中國(guó)移動(dòng)多媒體廣播（CMMB）測(cè)試接收機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李 欣，胡福民，朱竑宇，王 卓

（哈爾濱理工大學(xué) 通信工程系，黑龍江 哈爾濱 150080）

隨著信息技術(shù)與通信產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，手機(jī)數(shù)字電視作為新興的多媒體業(yè)務(wù)成為炙手可熱的研究熱點(diǎn)。手機(jī)數(shù)字電視為手機(jī)和其他移動(dòng)多媒體終端提供接收地面數(shù)字電視廣播的功能，滿(mǎn)足用戶(hù)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何狀態(tài)下接收電視節(jié)目的需求。中國(guó)移動(dòng)多媒體廣播是我國(guó)自主研發(fā)的、具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的移動(dòng)多媒體廣播標(biāo)準(zhǔn)[1]。CMMB信號(hào)通過(guò)衛(wèi)星和地面無(wú)線(xiàn)廣播方式發(fā)送，在信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，人們利用裝有CMMB碼流播放器的手機(jī)、筆記本電腦以及車(chē)載、船載等便攜移動(dòng)終端設(shè)備可以隨時(shí)隨地接收新聞、資訊、娛樂(lè)等電視節(jié)目。

為了解決用戶(hù)在任何時(shí)刻能夠順利流暢的接收到自己想要的電視節(jié)目、新聞等信息并解決便攜手持類(lèi)終端信號(hào)質(zhì)量的問(wèn)題，必須對(duì)CMMB網(wǎng)絡(luò)覆蓋進(jìn)行測(cè)試，而一個(gè)精確、有效的網(wǎng)絡(luò)覆蓋測(cè)試來(lái)自于一個(gè)性能穩(wěn)定的CMMB測(cè)試接收機(jī)，所以CMMB網(wǎng)絡(luò)測(cè)試接收機(jī)的研發(fā)，既對(duì)于CMMB的發(fā)展有很大的裨益，同時(shí)也是節(jié)約國(guó)家投資成本，高效建設(shè)CMMB網(wǎng)絡(luò)所不可或缺的。

1 CMMB測(cè)試接收機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

文中設(shè)計(jì)的CMMB測(cè)試接收機(jī)主要由6個(gè)模塊構(gòu)成，CMMB信號(hào)調(diào)諧模塊、CMMB信號(hào)調(diào)諧解調(diào)模塊、CMMB信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、功率的測(cè)量模塊[2]、主控模塊、人機(jī)交互模塊。CMMB測(cè)試接收機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中人機(jī)交互模塊與主控模塊是通過(guò)USB接口相互通信的，而其它各個(gè)模塊與主控模塊的通信是通過(guò)主控模塊的GPIO口模擬的I2C和SPI總線(xiàn)接口進(jìn)行的。首先人機(jī)交互模塊通過(guò)主控模塊對(duì)射頻前端的調(diào)諧模塊和調(diào)諧解調(diào)模塊分別進(jìn)行調(diào)諧頻道和解調(diào)參數(shù)設(shè)置，然后CMMB信號(hào)調(diào)諧模塊從天線(xiàn)的射頻信號(hào)中，選出與頻道參數(shù)匹配的高頻信號(hào)，被選出的高頻信號(hào)被調(diào)諧模塊分為兩路：一路通過(guò)功率測(cè)量模塊，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)入CMMB信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，再由主控模塊上傳到人機(jī)交互模塊進(jìn)行處理；另一路通過(guò)CMMB調(diào)諧解調(diào)模塊，對(duì)CMMB信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和信道解碼，然后進(jìn)入CMMB信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，然后由主控模塊把CMMB信號(hào)參數(shù)及碼流數(shù)據(jù)上傳到人機(jī)交互模塊進(jìn)行處理。

1.1 CMMB測(cè)試接收機(jī)的硬件模塊設(shè)計(jì)

硬件模塊主要以CY7C68013A芯片為控制核心，CY7C68013A芯片與各個(gè)模塊相互通信主要是通過(guò)USB接口和模擬的I2C總線(xiàn)、SPI總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)的。硬件模塊電路設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

1.1.1 RF射頻信號(hào)的調(diào)諧模塊

本測(cè)試接收機(jī)中RF射頻信號(hào)的調(diào)諧模塊采用MXL5007，該芯片支持中國(guó)的 CMMB[3]、美國(guó)的 ATSC、ATSCM/H，歐洲的DVB-T等數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，芯片的特色在于能夠通過(guò)天線(xiàn)或有線(xiàn)接收從44~885 MHz連續(xù)頻段信號(hào)，并將輸入的RF射頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)諧輸出4~44 MHz的中頻信號(hào)；最重要的是MXL5007具有自動(dòng)增益補(bǔ)償功能，會(huì)對(duì)輸入的射頻信號(hào)功率根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蠡蚩s小，在抗干擾能力、接收靈敏度上均有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，是CMMB測(cè)試接收機(jī)調(diào)諧器理想的選擇。

1.1.2 功率測(cè)量模塊

功率測(cè)量模塊主要采用的是LT5537對(duì)數(shù)檢波芯片和AD7468芯片，LT5537芯片是一款寬動(dòng)態(tài)范圍 RF/IF檢波器，工作頻率范圍為10~1 000 MHz。該檢波器的標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓斜率為 20 mV/dB，典型溫度系數(shù)為0.01 dB/℃（在 200 MHz頻率條件下）。AD7468芯片支持1.6~3.6 V 12、10和8位ADC，具有高吞吐量、低功耗性能等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)MXL5007調(diào)諧器輸出的中頻信號(hào)進(jìn)入LT5537功率測(cè)量芯片時(shí)，該芯片會(huì)把中頻信號(hào)的功率值轉(zhuǎn)換為電壓值，傳輸至下AD7468進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后傳輸至下一級(jí)CMMB信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸模塊。

1.1.3 CMMB信號(hào)調(diào)諧解調(diào)模塊

CMMB信號(hào)調(diào)諧解調(diào)模塊選用了創(chuàng)毅視訊公司的IF206型號(hào)的芯片，IF206芯片有如下特點(diǎn)：支持CMMB標(biāo)準(zhǔn)；支持CMMB廣播信道標(biāo)準(zhǔn)和復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)；支持單頻網(wǎng)和多頻網(wǎng)模式；支持BPSK、QPSK、16QAM多種星座映射模式；支持LDPC前向糾錯(cuò)技術(shù)（1/2，3/4模式）；支持 TS碼流，SPI和 MMIS輸出，支持 I2C、UART、SPI、MMIS 接口；接收靈敏度低；低功耗、低成本、對(duì)前端后端設(shè)備無(wú)特殊要求。CMMB信號(hào)到達(dá)IF206芯片后，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行解調(diào)、LDPC解碼和RS解碼，解碼后的碼流數(shù)據(jù)被繼續(xù)傳輸至下一級(jí)的CMMB信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸模塊。

1.1.4 主控模塊和CMMB信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

主控模塊采用了賽普拉斯半導(dǎo)體公司EZ-USB FX2LP框架的CY7C68013A芯片，此芯片高集成[4]、低功耗，并將高性能USB引擎和增強(qiáng)8051內(nèi)核有機(jī)結(jié)合在一起，且內(nèi)部嵌有4 kB FIFO運(yùn)用于數(shù)據(jù)傳輸與緩存；CMMB信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊選用了性?xún)r(jià)比較高的Altera公司生產(chǎn)的低端CycloneⅠ系列的EP1C12Q240C8N FPGA芯片。

CMMB信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的FPGA芯片通過(guò)SPI總線(xiàn)和CMMB調(diào)諧解調(diào)芯片進(jìn)行雙向通信，IF206 SPI總線(xiàn)有MMIS_CLK（SPI時(shí)鐘）、MMIS_VLD（主入從出）、MMIS_DO（主出從入）、MMIS_D3（SPI使能）。而RST是 IF206復(fù)位管腳，GPIO5管腳是CY7C68013A中斷管腳，當(dāng)有中斷時(shí)IF206會(huì)通知FPGA配合CY7C68013A把CMMB信號(hào)參數(shù)和碼流數(shù)據(jù)讀走。FPGA與調(diào)諧解調(diào)芯片SPI總線(xiàn)的連接如圖2所示。

圖2 FPGA與調(diào)諧解調(diào)芯片連接圖Fig.2 FPGA and tuning demodulator chip connection diagram

1.1.5 人機(jī)交互模塊

人機(jī)交互模塊的主要作用是：計(jì)算機(jī)通過(guò)USB接口對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行控制，主要完成以下任務(wù)；1）CMMB信號(hào)相關(guān)頻道參數(shù)的設(shè)置；2）CMMB信號(hào)平均功率的接收與處理；3）CMMB信號(hào)參數(shù)的接收與處理；4）CMMB碼流數(shù)據(jù)的接收與處理。

2 CMMB測(cè)試接收機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

測(cè)試接收機(jī)中軟件的設(shè)計(jì)主要是人機(jī)交互模塊中的上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和主控模塊中的CY7C68013A處理器程序的設(shè)計(jì)，人機(jī)交互模塊中的軟件設(shè)計(jì)采用C#語(yǔ)言編程，主要功能如下：通過(guò)主控模塊對(duì)調(diào)諧模塊和調(diào)諧解調(diào)模塊進(jìn)行調(diào)諧頻道和解調(diào)參數(shù)設(shè)置；CMMB信號(hào)參數(shù)的讀取與CMMB碼流播放同步進(jìn)行。

主控模塊程序設(shè)計(jì)運(yùn)用了EZ-USB FX2架構(gòu)[5-7]，采用C語(yǔ)言編程，運(yùn)用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，主要模塊包括：1）I2C總線(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)模塊；2）SPI總線(xiàn)數(shù)據(jù)輸入輸出模塊；3）設(shè)置和讀取調(diào)諧器的當(dāng)前調(diào)諧頻道模塊；4）讀取解調(diào)芯片的RS誤包率、LDPC誤碼率、信號(hào)平均功率、SNR等解調(diào)信息參數(shù)模塊；5）碼流數(shù)據(jù)傳輸模塊。這幾個(gè)模塊都是由人機(jī)交互模塊通過(guò)USB接口控制主控模塊完成工作的。程序流程圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖Fig.3 Program flow diagram

3 測(cè)試與實(shí)驗(yàn)

測(cè)試終端設(shè)備樣機(jī)與上位機(jī)軟件完成后，使用設(shè)備樣機(jī)和上位機(jī)軟件進(jìn)行了聯(lián)調(diào)。用CMMB信號(hào)源對(duì)CMMB測(cè)試接收機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，表1為信號(hào)源平均功率為-45 dbm的測(cè)試結(jié)果。

表1 測(cè)試結(jié)果Tab.1 Test result

由上表可知，CMMB測(cè)試接收機(jī)的平均功率值的誤差范圍約為1 dB左右，通過(guò)多次測(cè)試，對(duì)測(cè)試接收機(jī)的性能進(jìn)行了優(yōu)化，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，經(jīng)過(guò)數(shù)天的實(shí)驗(yàn)，證明CMMB網(wǎng)路測(cè)試接收機(jī)能夠及時(shí)有效的反應(yīng)CMMB網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的覆蓋情況。

4 結(jié) 論

文中設(shè)計(jì)的CMMB測(cè)試接收機(jī)，成功的實(shí)現(xiàn)了CMMB參數(shù)與碼流視頻播放同步進(jìn)行的功能，借助該測(cè)試接收機(jī)，測(cè)試人員可以對(duì)CMMB網(wǎng)絡(luò)覆蓋測(cè)試進(jìn)行有效精確的測(cè)試，從而確保了CMMB網(wǎng)絡(luò)覆蓋系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，滿(mǎn)足了實(shí)際CMMB網(wǎng)絡(luò)測(cè)試的需求。

[1]國(guó)家廣播電影電視總局.52.《GY/T220.2—2006移動(dòng)多媒體廣播第2部分：復(fù)用》[S].國(guó)家廣播電影電視總局，2006.

[2]李洋.CMMB系統(tǒng)接收機(jī)同步算法研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2009.

[3]國(guó)家廣播電影電視總局.44.《GY/T220.2—2006移動(dòng)多媒體廣播第1部分：廣播信道幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》[S].國(guó)家廣播電影電視總局，2006.

[4]胡曉軍，張愛(ài)成.USB接口開(kāi)發(fā)技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005.

[5]周立功.PDIUSBD12 USB固件編程與驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā) [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

[6]Cypress Semiconductor Corporation.EZ-USB FX2 Technical Reference Manual[EB/OL].Cypress Semiconductor Corporation.[2001].www.cypress.com.pdf.

[7]Cypress Semiconductor Corporation.CY7C68013A-56PVXC Data Sheet[EB/OL].[2001].www.cypress.com.pdf.