基于基带解调器的数字电视转发器设计

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                    1 引言
　　目前，数字电视系统扩大覆盖范围的途径主要有3种：差转(DiSTribute Translator)，同频转发(ON ChannelRepeater，OCR)和单频网(Single Frequency Network，SFN)组网。
1) 差转方式
　　多频、异频差转器用了很多年，如今，仅仅是在频率较高的1 GHz以上频段需要中继传输时，偶尔还会有人用到。所谓差转器的全称，应该叫做差频转发机，就是将接收到的信号频谱整体搬移到另外一个频段上放大发射。在差转机中由于接收和发射的频率不同，接收和发射天线之间没有什么关系，因此，实现起来很容易。
2) 单频组网
　　所谓单频组网，即在一定的地理区域内若干部发射机同一时间在同一个频率上发射同样的信号，以实现对该区域的可靠覆盖。对于数字电视系统来说，由于它具有强大的抗干扰能力和数字处理能力，单频网是非常有利的扩大覆盖的方式。它允许覆盖区的重叠，将大大改善原有覆盖边缘的峭壁效应，提高覆盖质量，扩大覆盖范围。
　　实施单频网有两个基本优势：节约频谱资源；扩大有效覆盖范围，改善覆盖区内的接收效果。但是，为这些优势所付出的代价，也是运营商们值得考虑和商榷的问题。首先，系统在单频网的环境下是否能真正增大覆盖范围，改善覆盖区内的接收效果。其次，单频网为多点发射，这势必增加发射地点及发射机等发射设备，而为保障单频网中各信号发射点发送相同的信号，发射台必须配备保障信号同步的装置。最后，多点覆盖带来了类似于电信“蜂窝”覆盖的问题，各点发射功率的协调、地区信号覆盖和接收点场强的设计都将发生变化。从全球范围看，在数字电视单频网试验中，上述问题在各地区系统运行和业务运营过程中已有所反映，且影响到覆盖效果。在实际应用中，使用基于DVB-T的单频网技术，增大覆盖与改善覆盖重叠区的接收效果二者似乎无法两全。基于COFDM的DVB-T系统在单频网环境下，一方面由于多个发射点覆盖，使得一些原本单个发射点无法提供足够信号强度的地方(盲区)因为收到其他发射点的覆盖而得以改善；另一方面，在信号较强的重叠覆盖区，由于C／N门限被抬高而接收效果反而变差。可见，DVB-T系统在使用单频网技术增大覆盖范围和改善重叠区的接收效果上是矛盾的，数目庞大的发射点并不能彻底改善接收效果。
3) 同频转发
　　目前已有的同频转发存在下面3个问题：
　　收发天线的隔离问题；系统的局部自激问题；系统的带外抑制问题；基于以上原因，把此项技术应用于数字电视盲区的补点也是十分困难的。目前已有的可工作的转发器大致有直接放大、经中频处理、解调解码再调制3种方式。直接放大方式，只能用于小功率、小覆盖的应用上，其结构简单、价廉、技术成熟；中频处理方式电路和结构都较复杂，可用在稍大功率和稍大覆盖的应用上；解调解码后再调制方式，避免了回馈自激的可能，故有较好的指标，自然可用于更大的功率和更大的覆盖应用上，但成本很高。而基带再调制数字电视转发技术，对于消除数字广播电视的盲点问题，是一种全新的技术解决方案，且目前国际上尚没有采用这种技术方案的产品。
2 总体结构设计
　　基带再调制数字电视转发器主要由接收天线、调谐电路、数字基带解凋器单元、校正单元、再调制单元、放大发射单元等部分组成。
　　其中，校正电路、调制电路、功放电路及天线部分都已经比较成熟，特别是在数字电视激励器日趋成熟的今天，这些单元可以共享。因此RF调谐、基带解调器的设计成为关键。根据现有技术，首先可以将射频变为中频，但实践表明直接获得的中频并不理想，需要多级变频处理，才能得到所需的IF信号，然后再将中频调制到所需的射频。而作为直接将射频变为中频，再变为基带，最后调制到射频的方法是目前未曾实现的。因此本设计采用了此方案，并选用相应的芯片给予实现。
3 中频解调为基带电路设计
　　其中关键器件是AD6652。AD6652是由双路12 bit，65 MS／s的高速ADC和4通道宽带多模式数字下变频单元(DDC)组成的混合中频信号(IF)转基带接收芯片。其中数字下变频部分每个通道由一个32 bit频率变换器(NCO)、两个固定系数抽取滤波器(CIC)、一个RAM系数滤波器和一个内插半带滤波器／AGC级联组成，NCO作为本振，能产生从-fCLK／2至fCLK／2范围的频率，其中fCLK是输入时钟频率。此芯片将ADC输出的信号经混频器与NCO产生的正余弦信号相乘得到数字I，Q信号，然后经多级抽取滤波器滤波得到较好的I，Q信号。
4 实验验证
　　将高频头输出的模拟36 MHz中频信号(信号带宽为8 MHz)送入电路板，此系统输出直接加到调制单元，将差分数字I，Q信号直接调制到射频，然后经数字电视激励器输出到负载发射机发射出去。经过对实际电路的验证，此解调器能将输入中频直接变成数字基带，经此电路得到的射频信号输出频谱与接收的信号频谱完全相同，且性能良好。基带解调器电路测试方案如图4所示。
5 小结
　　在此设计中关键采用了价格低廉的高频头实现射频到中频的转换，并采用成本较低的AD6652实现A／D变换及数字下变频，实现结果表明此设计符合预定目标，有良好的性能和较好的应用前景。
（吴劲松，孟淑丽）