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标题: 采用SMT1656A实现有线数字电视接收参数的优化 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-12 15:48
标题: 采用SMT1656A实现有线数字电视接收参数的优化
信道解码芯片是决定机顶盒等数字电视接收机性能的关键芯片。深圳国微技术有限公司开发的DVB-C解码芯片SMT1656A对不随有线电视网络(含前端高频头)变化的系统参数采用优化值，提高了性能和稳定性，包括环路滤波参数、回波范围等，能够有效地帮助解决主要的设计挑战。

   对于中国这样一个拥有4亿电视用户的电视大国来说，数字电视的市场潜力十分巨大。有专家估计，2005年，中国数字电视和机顶盒产品年销售量将由目前的不到100万台猛增至1,500万台；到2006年，中国将有20%的家庭将现有的模拟彩电更换或升级到数字电视机，以实现2008北京数字奥运、2015年关闭模拟频道的产业规划。同时，中国目前的有线电视用户超过了1亿户，而且数字电视的先期消费者理所当然地集中在城市，因此有线数字电视广播是城市普及数字电视的重要手段和途径。

   机顶盒(包括数字一体机)的设计和生产也正在进入高潮阶段，从同洲等专业机顶盒供应商到创维、TCL等电视机巨头，甚至包括跨国公司摩托罗拉等，参与厂商越来越多。数字电视将成为继手机之后一个新的产业热点。

   在机顶盒设计中，信道解码芯片是决定接收机性能的关键芯片，目前市场上的这种芯片以几家国际公司的产品为代表。不过，在设计应用中，开发者经常会遇到以下一些挑战：

图1：基于SMT1656A的机顶盒接收机系统。

1. 系统接收参数很难调试，随着环境改变许多参数需重新设置；
2. 全频段自动搜台时间较长；
3. 在有些较差的信道环境下(用户终端)，接收机不能正常工作；
4. 缺乏足够的技术支持。

   这些问题不得到解决，会影响到机顶盒产品的竞争力。

   SMT1656A是深圳国微技术有限公司开发的支持中国有线数字电视信道传输标准(与DVB-C兼容)的接收芯片。该芯片专门针对以上问题设计，能够有效地解决这些技术挑战。

   SMT1656A特性和应用系统

   SMT1656与同类芯片相比，具有使用方便、性能卓越、系统参数尤其适合有线电视网络环境的特点。关键技术特性包括：

   * 支持16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM；
   * 符号率范围：1-7MHz；
   * 双AGC(PWM输出)；
   * 纠偏范围：31%符号率；
   * 均衡器采用盲均衡+DDLMS算法；
   * 内置误码率(BER)测试，对信号质量进行实时监测；
   * I2C中继器；
   * 采用10位、40M速率的高性能ADC；
   * 采用0.25um工艺、TQFP64封装、3.3v供电。

   SMT1656A的设计者具备较丰富的电视传输系统知识和系统设计经验，通过多年对有线电视网络特性的研究，对系统参数进行了优化，对不随有线电视网络(含前端高频头)变化的系统参数采用优化值，提高了性能和稳定性，包括环路滤波参数、回波范围等，对其它与环境因素有关的系统参数通过I2C总线向用户开放，以满足环境变化的要求，做到成本和兼容性兼顾，性能和使用方便兼顾。因此，SMT1656A的寄存器数量合理，便于用户掌握和使用。

   双AGC调节很困难是令机顶盒设计师们感到头疼的事。采用SMT1656A后这个问题变得简单了。由于该芯片采用双AGC独立调节设计，收敛时间快，能够适应前端模拟高频头的不同增益曲线，用起来就像外加两路捷变电源一样方便。

   由于SMT1656A的频偏调整范围较宽(详见表1)，同时软件上采用频谱跟踪法，使其自动全频段的节目搜索时间会省很多，这不仅对设计调试方便，对家庭用户来说更是件舒心的事。

   该芯片的兼容性从两方面考虑：一是要能够适应不同的前端模拟高频头，SMT1656A通过采用非平衡的中频输入、频谱翻转识别、宽范围频偏调整、双AGC独立调节等技术手段实现兼容不同的前端。二是适应不同的处理器平台，SMT1656A输出采用标准的DVB输出格式(公共接口)，支持串行和并行TS流输出，其驱动程序已在卓然、ST、LSI等多个处理器平台上成功移植。此外，TS输出支持三态，适用于多制式接收机系统。

   SMT1656A在设计和测试期间就受到一些著名高频头厂家和机顶盒厂家的关注和支持，提供了前端TUNER、测试环境、技术建议等许多帮助，与直接用户的这种密切交流，保证了SMT1656A在功能、电路接口、寄存器设置等方面完全能够满足用户的实际需求。

   图1是基于该芯片的机顶盒接收机系统组成框图。SMT1656A的输入为来自前端模拟调谐器(TUNER)的36MHz左右中频信号，经过基带转换为IQ正交信号，再通过时域同步(由内插滤波器、TED、环路滤波器、NCO组成的环路)、匹配滤波、均衡器、载波恢复模块之后得到恢复的QAM星座，判决后进入FEC解码单元，最终输出TS流。

   SMT1656A通过I2C接口与微处理器通讯，完成内部寄存器的读写控制。同时，通过I2C中继，微处理器能够配置前端模拟高频头。

表1：SMT1656A与同类芯片比较。

   先进的系统算法实现卓越的接收性能

   中国的有线电视网络从80年代开始建设，形成目前多级管理的网络。在用户端的信号无论是信号强度和质量都有一定程度的恶化，这就对接收机性能提出了更高的要求。接收性能是SMT1656A设计要求的重要指标。

   SMT1656A虽然是中国公司最早设计出的DVB-C解码芯片，但相对一些国际公司的产品来说又是后来者。但该方案能够在许多环节采用当今最先进的系统算法，使之性能无论是在接收灵敏度、信噪比门限等都比同类产品有明显提高。这主要体现在以下三个方面：

1．同步模块采用新的基于FARROW结构的拉格朗日算法，性能比传统算法提高将近1db。定时的收敛速度也有很大提高，仿真证明，该算法一般只需要500到1,000个符号点就可以取得符号同步，优于其他算法。经过测试，在不同的信噪比、不同的符号率以及不同的调制方式的情况下，该环路的性能稳定。

2．滤波器的优化设计。

   接收端的“匹配滤波”是针对发射端的成形滤波而言，与成形滤波相匹配实现了数字通信系统的最佳接收。所以，匹配滤波器的性能好坏对系统的整体性能有非常重要的影响。

   在电路实现中，存在设计节数(硬件资源)与性能的矛盾，在有限的资源条件下追求性能的最大化是算法设计的目标。

   SMT1656A采用的匹配滤波器只需33节，滚降系数为0.15，带外抑制比在-55db以上，远远小于DVB-C标准所要求的-43db。

3．均衡器设计中采用盲均衡+DDLMS算法

   系统采用盲均衡算法与DDLMS算法相结合的方式，使均衡器的性能有很大提高。考虑到算法复杂度以及稳定性，重点研究了盲均衡算法的代价函数凸性问题，以及基于CMA的盲均衡算法的改进，针对高阶QAM信号的特点，提出了改进算法，克服了CMA算法以及一些改进算法中存在的缺点。

   作者：赵宝龙

   深圳国微技术有限公司

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