移动电视和手机“双璧合一”的设计要点

2007-03-21 12:12:29 来源:手机设计
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        移动电视正日益吸引媒体和消费者的注意。去年世界杯前夕移动电视服务的启动,使这一技术成为了万众瞩目的焦点,引起了众多半导体设计公司、营销专家和行业分析师的关注,成为了他们眼中的热点市场。但问题是宽带网络还没有蜂窝式网络那么大的信道,而视频调谐也不像接收语音信号那么简单。因此,在将电视服务整合到手机时,必须特别考虑某些因素,否则如果设计不当,那么移动电视产品就很可能在现实应用中瘫痪。

        遗憾的是,移动电视并没有全球通用的标准,只有一些基本的性能规范。移动电视要成功,实验室对它的验证仅仅是第一步,还需要现实中的宽带电视实践,而且行业要对手机如何能良好地播放移动电视有一个很清晰的理解。对于这个新市场来说,危险就在于每一个移动电视产品的质量都会直接影响到早期用户的体验。如果第一代产品质量太差,那么这样一个本来很有前途的市场也会变得前景黯淡。

        市场研究公司In-Stat预计到2010年全球移动电视用户将达到1.02亿,远高于2006年的340万。但事实上移动电视还处在发展阶段,从事这一领域的人们也处于对这一市场、业务模式和技术动态积累认识的过程。比如,3 Italia公司在2006年夏天历史性地启动商用移动电视服务时,采用了Microtune公司的移动电视调谐器。在最初的6周时间里,3 Italia公司的移动电视用户就超过了11万,并在2006年年底顺利达到50万用户的目标。韩国和日本也开始启动了移动电视服务,全球已经有40多个移动电视试行项目。这些项目给调谐器的质量、干扰、功率管理需求和性能指标提供了强大的评判数据。

实践验证不够

        如果不运用于真正的移动网络环境中,很难判断一个设备或者手机的性能。实验室的测试还不够,还需要实践经验和能通过现场验证的设计,尤其是在接收条件非常差甚至可以说恶劣的移动市场中。

        对于大多数移动标准来说,权威认证机构可以降低低性能产品的风险,因为他们可以对产品进行认证以确保符合规范。比如,GSM就有一个叫做“最终全面型号认证”的阶段。在GSM的早期应用中,这一认证过程尤其重要,它也成为很多刚进入GSM领域的制造商必须经历的关键步骤。

        在GSM标准早期发展阶段,所有新的手机产品都要被送到公认测试机构进行测试,以确保能符合标准。测试之后就获得了认证。随着行业的发展,这个过程对那些有足够经验的公司来说已经不再需要了,他们建立了自己的室内测试和认证流程。

        目前全球最主要的移动电视标准是手持式数字视频广播(即DVB-H),但现在还没有这么一个类似的认证程序。实际上,业界对于手机是否要以任何标准方式测试并没有任何要求。因此,每个公司都会以自己的方式去理解这个标准,因而由于对规范的理解不同,产品的性能也会各不相同。虽然所有的手机可能都会“通过测试”,但它们的性能却参差不齐。业界缺乏认证程序,对移动电视的互用性、服务质量和最终在市场上的成功来说都是一个风险。

        服务和画质是早期用户会关注并和别人谈论的主要问题。如果移动电视设备没有经过严格的测试,或者开发者对于这些产品将要运行的环境不能很好地理解,那么这些产品将会在实际应用中让用户失望。

        在一个没有行业认证程序的移动电视市场,用户在服务提供商和手机型号上的体验也会各不相同。比如,在同一个候诊室里,这个用户可能会接收到很差的画质,而坐在旁边的另一个用户却可能观看到非常清晰的视频。如果没有比较的标准,那么各种手机的性能就必然会有差异。

确保移动电视质量

        在没有比较标准的情况下,手机设计者就必须谨慎选择手机器件。对于移动电视,关键的器件在于调谐器。设计者必须选择一个在所有DVB-H和MBRAI规范中性能最高的器件,而不能光集中在某一个规范上。比如,GSM手机设计者会很清楚手机灵敏度的重要性,也就是说手机必须能够检测到非常微弱的信号。但对于宽带电视应用,设计者就必须有不同的考虑。如果仅注重灵敏度,画质水平就会减半。而接收信号的选择性,即手机必须能够区分出所需信号和非所需信号,这才是更重要的。

        要确保运行良好,调谐器必须有一个比较宽的动态调谐范围,而且能够将所需信号和临近电视信道或带内干扰区别开来,因为有时候手机的正常发射信号都可能成为干扰。无线服务提供商选择带有高质量移动电视功能的手机还有另外一个动机。如果手机的灵敏度和信号选择性能都很高,就能帮助他们降低基础设备的总体成本。灵敏度高的手机有更宽的覆盖范围,因此可以减少信号塔和广播点的数量。

灵敏度

        移动电视实际应用的另一个问题就是运行环境。由于距离发射点的远近不同,手机能接收到的信号强弱也会有差异,二者都是调谐器要解决的问题。要运行良好,调谐器就必须有较宽的动态范围。

 

图1. 根据欧洲UHF频段的情况,DVB-H调谐器的调谐范围必须扩大。调谐器必须保持高度的信号完整性,同时还要节省电池寿命。

        为了确保良好的接收质量,手机中的接收系统必须能够接收到很大的信号,这个信号可能是-25 dBm或者更高,而且还必须能够检测到最小的信号并将之放大,然后在存在很多其它比所需最小信号要大的失真信号的情况下将这个信号传到整个系统。相对非所需信号功率对所需信号功率比可能会大于45 dB(有时能达到56 dB)。这意味着当存在一个比所需信号高45 dB以上的干扰信号时,接收器还能够将所需信号放到足够大。如果不能,那么调谐器就无法具备足够的性能,以确保用户的高质量体验。

选择性

        除了良好的灵敏度,调谐器还必须能够区分所需信号和临近电视信道或者其它带内干扰,有时手机本身的信号发射都会形成干扰。手机接收器一般在20MHz到30MHz的狭窄频段运行。为了提高这些系统的可靠性,设计者可以在接收器前放置一个滤波器,并积极在更宽频谱内消除潜在干扰。

 

图2. 包括手机功率放大器在内的各种干扰都会影响移动电视性能。

        相比之下,一个移动电视接收器有更宽的频带。最初的DVB-H调谐器将需要能够调谐欧洲带有6-MHz, 7-MHz甚至8MHz信道带宽的UHF带IV-V频率(470 MHz到750 MHz)和北美地区的L-band 5-MHz(1670 MHz到1675 MHz)信道范围。这一问题在欧洲尤其棘手,因为欧洲各国频谱不统一,而且蜂窝式发射器的频段总是和移动电视的频段一致。

        为此,DVB-H标准委员会降低了所分配的702MHz频段内的移动电视可用带宽,但是仍有很多公司要采用更高的频率。更改可用频谱只是短期之计,此时需要一种新的调谐技术。

        片上滤波技术是改进移动电视调谐性能的一个方法。ClearTune就是这么一种技术,它由Microtune公司利用在有线机顶盒、传统电视和汽车电视系统等领域的经验开发而成,结合外置滤波器一起使用,通过减少大量不能被外置滤波器阻止的带内信号,削弱了带外载波。

        在传统的接收器架构中,当有带内载波存在时,低噪音放大器(LNA)就会饱和。而这种情况一旦发生,接收器的灵敏度就会瘫痪。而如果是一个采用了ClearTune技术的接收器,DVB-H中整个频带都能保持完全的灵敏度。这一方法在已发射GSM载波时存在时尤其有利,因为已发射GSM载波是对手机设计者构成最大威胁的临近信道。一般来说,只要存在GSM载波,灵敏度就会降低3、4甚至5倍。在应用中,这意味着当用户在观看移动电视的过程时一旦接到SMS或者手机接入互联网,移动电视的信号就会中断或者丢失。

        ClearTune片上滤波技术极大地减小了手机功率放大器(PA)的信号以及其它信号的影响。通过削弱临近信号,调谐器可以更好地解码所需信号,并极大地降低对音频和视频信号的损害,而这两种信号对观看质量都是有着直接影响的。

调谐器选择指南

        选择用于移动电视的调谐器时,手机设计者必须找到一个能专门适合于其手机应用的产品,并确保该调谐器配备了必需的片上滤波器和低噪音放大器(LNA)以防止干扰。选择调谐器时必须考虑的因素如下(按重要性排列):

        接收质量:如果移动电视手机启动之初质量太差,必然导致糟糕的推广情况和媒体及用户的批评,并将迟迟无法进入大众手机市场。

        已经现场验证的技术:在这个极具挑战性的领域,拥有技术经验和已经线程验证的产品的制造商,无疑会比刚入门的公司风险更小。

        低成本:低成本的产品不仅能够帮助厂商渗透底层市场,还能为其带来大市场所需的规模经济。

        外形大小:必须选择一个外形小高度低的调谐器。

        功耗:相比于显示屏背光和视频解码器,调谐器的功耗非常低,因此对于电能预算没有多大影响。

移动电视的未来

        随着手机功能越来越多,移动电视电路板也会逐渐变小。最初的手机使用的调谐器和解调器设备可能会带有外置板上元器件,板面积将近20 x 15mm。这个面积无疑太大了,因此业界正开始转向单封装方案,比如系统级封装(SiP)。

        如今,一些移动电视子系统正在向SiP发展,它们可能会集成无源器件和调谐器、解调器和存储器。在将来,随着蓝牙或GPS等更多的RF功能被添加到手机上,SIP中元件的性质也会改变。所有的RF功能(调谐器、蓝牙GPS)可能会被综合到一起,而解调等其它数字功能则可能被吸收到应用处理器中。

        对于手机设计者来说,封装形式并不重要,重要的是整体功能、大小和成本。为此,包括Microtune在内的一些厂商,已在其产品中采用了新型晶片级芯片规模封装(WLCSP),这种封装不仅能符合市场要求,外形较小,而且保持了极高的性能。移动电视的未来是光明的,而在宽带领域有经验的调谐器和解调器的厂家也在谨慎地开发这些产品,以确保能在这一领域取得成功。

 
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