一種DVB-T/H信號(hào)強(qiáng)度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

焦文哲，張 雷，朱 凱，陳 偉

(電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院，四川 成都611731)

一種DVB-T/H信號(hào)強(qiáng)度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

焦文哲，張 雷，朱 凱，陳 偉

(電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院，四川 成都611731)

檢測無線視頻傳輸?shù)男盘?hào)強(qiáng)度，既可以檢測信號(hào)質(zhì)量，還能為信號(hào)傳輸選擇最佳可用頻率段。提出了一種基于DSP和MAX2165的DVB-T/H信號(hào)強(qiáng)度檢測方法，給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該方案先掃描頻段內(nèi)的信號(hào)，將其下變頻到基帶，然后對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行功率測量，最后獲得信號(hào)強(qiáng)度。測試結(jié)果的分析，驗(yàn)證了該方案的可行性和有效性。

無線視頻傳輸；信號(hào)強(qiáng)度；DSP；MAX2165；DVB-T/H；基帶

無線視頻傳輸技術(shù)的發(fā)展十分迅速，并以其便捷、靈活、成本低等優(yōu)勢發(fā)揮著重要的作用。目前，使用VHF和UHF波段進(jìn)行無線視頻傳輸?shù)募夹g(shù)主要有歐洲的DVB-T/H，中國的CMMB[1]，日本的ISDB-T/Tb和美國的ATSC等。很多研究機(jī)構(gòu)和公司采用這些技術(shù)推出了無線視頻通信產(chǎn)品，但隨著對(duì)覆蓋范圍要求的不斷提高，發(fā)射機(jī)功率也隨之增大。這就對(duì)有限的無線信道資源造成了更大的壓力。

面對(duì)日益惡化的無線電環(huán)境，在無線視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，信道傳輸特性不理想和加性噪聲的影響不可避免地會(huì)產(chǎn)生誤碼，造成解碼錯(cuò)誤，導(dǎo)致圖像質(zhì)量的下降。為了保證無線視頻信號(hào)的高質(zhì)量傳輸，獲取最佳的頻率資源顯得尤為重要。相應(yīng)的，無線視頻信號(hào)檢測設(shè)備的發(fā)展緩慢，國內(nèi)有較少的針對(duì)無線視頻通信信號(hào)的檢測設(shè)備，所以數(shù)字視頻檢測設(shè)備急需發(fā)展[2]。本文針對(duì)DVB-T/H等主流的移動(dòng)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，提出了一種無線視頻傳輸信號(hào)強(qiáng)度的檢測方法。旨在給出一定頻段范圍內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度的相對(duì)值，為最佳頻率的選擇提供依據(jù)。

1 系統(tǒng)方案及實(shí)現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)總體方案

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。無線接收模塊采用MAX2165芯片完成RF信號(hào)的接收和下變頻[3]處理等，輸出零中頻[4]基帶信號(hào)；功率測量模塊采用AD8361芯片測量無線接收模塊輸出的零中頻基帶信號(hào)的功率，輸出的直流信號(hào)供A/D模塊采樣；控制模塊和A/D模塊采用DSP芯片TMS320F28027，通過該芯片的模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)對(duì)功率測量模塊輸出信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過控制模塊的內(nèi)部集成電路總線(I2C)和串行通信接口(SCI)實(shí)現(xiàn)無線接收模塊、顯示模塊和A/D模塊間的數(shù)據(jù)通信；電源模塊采用高效的開關(guān)電源芯片RT8259為各模塊提供數(shù)字電源，采用低壓線性穩(wěn)壓器(LDO)芯片XC6210為各模塊提供模擬電源。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

圖3 ADC采樣時(shí)序圖

1.2 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

圖1中無線接收芯片MAX2165是一款直接變頻調(diào)諧器，其接收頻率范圍470～780 MHz，最大接收信號(hào)強(qiáng)度+13 dBm， 基帶信道寬度可選7 MHz或8 MHz，能滿足絕大多數(shù)DVB-T/H信號(hào)傳輸參數(shù)要求。且采用新型零中頻接收技術(shù)來實(shí)現(xiàn)下變頻，不經(jīng)過中頻，直接將信號(hào)從RF下變頻到基帶，相比傳統(tǒng)的超外差接收技術(shù)，具有中頻頻率為零，不存在鏡像干擾問題等優(yōu)點(diǎn)[4]。最終輸出7 MHz或8 MHz帶寬的差分I/Q基帶信號(hào)。

功率測量模塊框圖如圖2所示，由功率測量芯片AD8361和運(yùn)算放大器芯片MAX4453組成。分開測量I/Q兩路信號(hào)功率，在DSP內(nèi)求兩路信號(hào)采樣結(jié)果的平均值，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。MAX4453實(shí)現(xiàn)I/Q基帶信號(hào)差分輸出到單端輸出的轉(zhuǎn)化和對(duì)功率測量輸出信號(hào)的緩沖，保證A/D模塊的輸入信號(hào)電平最大值有效。AD8361的最大輸入信號(hào)頻率2.5 GHz，最大輸入信號(hào)強(qiáng)度1 V(rms)，工作模式選擇地參考模式，使輸入輸出滿足正比關(guān)系，比例系數(shù)為1/7.5。

圖2 功率測量模塊框圖

DSP芯片TMS320F28027的時(shí)鐘頻率60 MHz，具有片載32 kbyte的Flash、6 kbyte的SRAM和一個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。ADC具有16個(gè)信號(hào)采集通道，兩個(gè)采樣保持電路和一個(gè)12位轉(zhuǎn)換器，采樣結(jié)果范圍0～212-1。本方案采用軟件觸發(fā)，ADCINA7和ADCINB7通道同時(shí)采樣I/Q兩路信號(hào)的模式，由EOC1 觸發(fā)中斷讀取采樣結(jié)果寄存器值。ADC采樣時(shí)序如圖3所示。根據(jù)采樣時(shí)序圖可以計(jì)算不同采樣頻率(fADCCLK)下的總采樣周期，即采樣周期與A/B兩通道轉(zhuǎn)換周期之和。最后，DSP芯片通過SCI接口輸出A/D模塊采樣結(jié)果到PC端顯示，同時(shí)接收PC端顯示模塊發(fā)出的掃描指令。

1.3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

軟件主要包括I2C和SCI接口數(shù)據(jù)讀寫的控制模塊，以及主機(jī)端人機(jī)界面軟件?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì)流程如圖4所示，當(dāng)DSP接收到掃描指令時(shí)，把圖5中控制面板里選中的參數(shù)通過SCI接口傳遞給DSP，令其根據(jù)這些參數(shù)值配置MAX2165。首次掃描指令到達(dá)時(shí)，未被選中的參數(shù)按默認(rèn)值配置。最后通過中斷輸出當(dāng)前接收信號(hào)的參數(shù)。如果掃描指令動(dòng)作未完成，把上次輸入信號(hào)頻率加上步長值重新配置為MAX2165接收頻率，進(jìn)行信號(hào)參數(shù)提取。否則，再次進(jìn)入等待掃描指令狀態(tài)直到系統(tǒng)斷電。

圖4 控制程序設(shè)計(jì)流程圖

圖5 主機(jī)端顯示模塊人機(jī)界面(截圖)

為了方便應(yīng)用，增加了掉電存儲(chǔ)功能，上電后圖5中控制面板里的參數(shù)默認(rèn)為上次的掃描設(shè)置值。實(shí)現(xiàn)方法是當(dāng)燒寫程序到DSP的Flash中時(shí)，把Flash的最后一個(gè)扇區(qū)保留當(dāng)作EEPROM用，每次修改圖5中控制面板里的參數(shù)時(shí)存儲(chǔ)這些值到EEPROM中，下次系統(tǒng)上電后讀出[5]。

SCI接口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)包括包頭和字段兩部分。包頭包括起始字、命令字和長度，起始字可任意指定，起到數(shù)據(jù)幀識(shí)別作用；命令字控制讀寫狀態(tài)；長度指字段的長度，也是數(shù)據(jù)包的長度減去包頭的長度。字段由多個(gè)標(biāo)號(hào)和子字段構(gòu)成，每個(gè)子字段的長度由其標(biāo)號(hào)指定。這種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議確保了參數(shù)修改的靈活性，可以同時(shí)修改單個(gè)或多個(gè)參數(shù)。對(duì)參數(shù)傳輸順序也沒有要求。

I2C接口的數(shù)據(jù)讀寫協(xié)議如圖6和圖7所示。其中ACK信號(hào)由設(shè)備硬件發(fā)出，ADDR信號(hào)由引腳電平?jīng)Q定。這種協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)對(duì)WRITE REGISTER ADDRESS單一寄存器的讀寫操作或?qū)ζ浜罄m(xù)寄存器的連續(xù)讀寫操作。分別應(yīng)用在MAX2165寄存器配置的第一步和第二步。

STARTWRITEDEVICEADDRESSR/WACKWRITEREGISTERADDRESSACKWRITEDATATOREGISTER00x00ACKWRITEDATATOREGISTER0x01ACK110000[ADDR]00x000x0EACK0xD8STOP

圖6 I2C接口的數(shù)據(jù)寫協(xié)議

圖7 I2C接口的數(shù)據(jù)讀協(xié)議

最后，在Visual Studio 2010上設(shè)計(jì)了檢測顯示模塊，其界面如圖5所示。首先配置串口設(shè)置面板里的參數(shù)，點(diǎn)擊“開始”按鈕后串口的當(dāng)前狀態(tài)會(huì)顯示在面板下方的長框中，“開始”按鈕也會(huì)變成“關(guān)閉”按鈕。接著設(shè)置控制面板里的參數(shù)并選中，點(diǎn)擊“掃描”按鈕后掃描結(jié)果以文本文件格式保存，便于查看和分析。圖7中串口設(shè)置和控制面板里所示數(shù)據(jù)為系統(tǒng)默認(rèn)值。

2 測試結(jié)果及分析

對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，采用2個(gè)信號(hào)源分別發(fā)送頻率為 554 MHz 和570 MHz的8 MHz帶寬視頻信號(hào)，然后以4 MHz步長掃描542～578 MHz頻段的信號(hào)強(qiáng)度，得到表1所示結(jié)果。同樣，可以采用多個(gè)信號(hào)源發(fā)送多個(gè)不同頻率視頻信號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)可靠性驗(yàn)證。

從表1測試結(jié)果可知，在554 MHz和570 MHz頻點(diǎn)上有較強(qiáng)視頻信號(hào)，在546 MHz和562 MHz頻點(diǎn)上有相對(duì)較弱的信號(hào)。所以，如果在542～578 MHz頻段范圍內(nèi)，546 MHz和562 MHz頻點(diǎn)就可作為最佳無線視頻傳輸頻率。測試結(jié)果表明，該無線視頻信號(hào)強(qiáng)度檢測系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期目的，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)需求。

表1 系統(tǒng)測試結(jié)果

信號(hào)源頻率信號(hào)源帶寬測試頻率/MHz測試帶寬/MHzI/Q采樣值電壓測量值/V554MHz，570MHz8MHz54281360166154681450177055082320283355482160263745588204024915628153018685668136016615708145217729574812701550578810901331

3 總結(jié)

針對(duì)越來越多的無線視頻傳輸信道被占用的問題，本文提出的基于DSP和MAX2165的DVB-T/H信號(hào)強(qiáng)度檢測方法經(jīng)過實(shí)際測試驗(yàn)證，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)DVB-T/H信號(hào)強(qiáng)度的檢測。通過對(duì)檢測結(jié)果的分析，可以得到信道傳輸特性相對(duì)理想的無線視頻傳輸信道，達(dá)到了本文的設(shè)計(jì)目的，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性。

[1] 劉麗萍.CMMB與DTMB的應(yīng)用與監(jiān)測技術(shù)探析[J].內(nèi)蒙古廣播與電視技術(shù)，2014，31(3)：39-41.

[2] 李曉梅.數(shù)字化視頻傳輸評(píng)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2011.

[3] 顧彬，李小進(jìn)，賴宗聲.DVB-T 接收前端下變頻電路設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2010，34(1)：40-42.

[4] 楊霏，楊剛.基于零中頻結(jié)構(gòu)的數(shù)字電視調(diào)制系統(tǒng)研究[J].電視技術(shù)，2011，35(12)：25-27.

[5] 任潤柏.TMS 320 F28x源碼解讀[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

焦文哲(1991— )，碩士生，主研數(shù)字視頻與音頻技術(shù)；

張 雷(1989— )，碩士生，主研圖像傳輸處理；

朱 凱(1988— )，碩士生，主研現(xiàn)代通信中的信號(hào)處理；

陳 偉(1976— )，高級(jí)工程師，從事高速實(shí)時(shí)信號(hào)處理技術(shù)、圖像傳輸處理、現(xiàn)代通信信號(hào)處理方向的研究。

責(zé)任編輯：閆雯雯

Design and Implementation of DVB-T/H Signal Strength Detection System

JIAO Wenzhe, ZHANG Lei, ZHU Kai, CHEN Wei

(SchoolofElectronicEngineering,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu611731,China)

Detecting signal strength of wireless video transmission is useful for the monitoring and selection of the best available frequency. A lightweight detection system of DVB-T/H signal strength is proposed based on DSP and MAX2165. In the detection system, the wireless radio frequency signal is down converted to baseband signal. The strength of baseband signal is got by power measurement. Experiments and results show that the lightweight detection system is feasible and effective.

wireless video communication;signal strength;DSP; MAX2165; DVB-T/H; baseband

TN911.73

A

10.16280/j.videoe.2015.19.008

2015-07-08

【本文獻(xiàn)信息】焦文哲，張雷，朱凱，等.一種DVB-T/H信號(hào)強(qiáng)度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù),2015，39(19).