目前,很多公交车辆、出租车上都安装了数字电视,这种电视采用的技术就是DVB-T(数字视频广播-地面标准)。DVB-T功耗比较大,不适合电池供电的移动终端使用。为此,在DVB-T的基础上引入新的技术,形成适合于移动终端接收地面数字电视节目的传输标准DVB-H(数字视频广播-手持)。与DVB-T相比,DVB-H终端具有更低的功耗,移动接收和抗干扰性能更为优越。

        DVB-H标准是建立在DVB和DVB-T两个标准之上的标准。一个DVB-H系统接收前端是由DVB-H封装器和DVB-H调制器构成,DVB-H封装器负责将IP数据封装成MPEG-2系统传输流(TS),DVB-H调制器负责信道编码和调制;系统终端由DVB-H解调器和DVB-H终端构成,DVB-H解调器负责信道的解调、解码,DVB-H终端负责相关业务的处理、显示。

关键技术

        在DVB-H中,数据链路层采用时间分片技术是其一个亮点,它用于降低手持终端的平均功耗,便于进行平稳、无缝的业务交换。采用多协议封装(MPE)前向纠错技术,提高了移动使用中的信噪比(S/N)门限和多普勒性能,同时也能增强抗脉冲干扰的能力。

        时间分片技术,顾名思义,就是时分复用技术。它解决了困扰便携产品移动接收数字电视发展的高功耗问题。由于采用突发方式传送数据,每个突发时间片传送一个业务,在业务传送时间片内该业务单独占有全部数据带宽,并指出下一个相同业务时间片产生的时刻。对于接收端来说,只需要在数据包规定的时刻接收数据即可。这样,手持终端能够在指定的时刻接收选定的业务,在业务空闲时间做节能处理,从而降低总的平均功耗。当然,这期间前端发射机是一直工作的,在相同业务的两个时间片之间将会传送其他业务数据,DVB-H信号就是由许多这样的时间片组成的。从接收机的角度而言,接收到的业务数据并非是如传统恒定速率的连续方式,数据以离散的方式间隔到达,实现突发传送。如果解码终端要求数据速率较低但必须是恒定码率,接收机可以对接收到的突发数据首先进行缓冲,然后生成速率不变的数据流。突发带宽一般为固定带宽的10倍左右。突发带宽在固定带宽两倍的情况下功耗就可以节省50%,因此如果带宽为10倍,可以节省90%。除了降低功耗外,时间分片技术的应用还有利于不同网络间实现平稳的数据交换。在数据传送的空闲时间段里,移动终端可以对相邻蜂窝进行监视,扫描其他频率信号、测试信号强度,这样一来当用户进入新的网络时,移动终端会根据监视结果在空闲时间段里将信号切换到不同的传输流上,达到不同网络间平稳的数据交换。

        DVB-H标准在数据链路层为IP数据报增加了里德•所罗门(RS)纠错编码,作为MPE的前向纠错编码,校验信息将在指定的前向纠错(FEC)段中传送,即多协议封装-前向纠错(MPE-FEC)。MPE-FEC的目标是提高移动信道中的S/N、多普勒性能以及抗脉冲干扰能力。

         实验证明即使在非常糟糕的接收环境中,适当地使用MPE-FEC仍可以准确无误地恢复出IP数据。MPE-FEC的数据开销分配非常灵活,在其他传输参数不变的情况下,如果校验开销提高到25%,则MPE-FEC能够使手持终端达到和使用天线分集接收时相同的S/N。DVB-H采用基于IP的数据广播方式,DVB-H的物理层在DVB-T的基础上进行补充。在DVB-T系统中,2K模式可比8K模式提供更好的移动接收性能,但是2K模式的符号周期和保护间隔非常短,使得2K模式仅仅适用于小型单频网。DVB-H增加的4K模式符号具有较长的周期和保护间隔,能够建造中型单频网,更好地进行网络优化,提高频谱效率。这种优化不如8K模式的效率高,但是4K模式比8K模式的符号周期短,能更频繁地进行信道估计,提供一个比8K更好的移动性能。所以,4K模式的性能介于2K和8K模式之间,为覆盖范围、频谱效率和移动接收性能的权衡提供一个额外的选项。2K和4K模式进行深度符号交织,可以进一步提高在移动环境和冲击噪声环境下系统的可靠性。通过协调移动接收性能和单频网规模进一步提高网络设计的灵活性。

接收端的设计

        现在已有很多家公司致力于DVB-H的便携式终端接收模块的设计。在此我所介绍的接收模块是由飞思卡尔的MC44CD02直接转换调谐器和DiBcom公司的DiB7000-H信道解码器组成。使用这种调谐器,使用者能在各种不同的严酷条件下得到DVB-H服务。

        由MC44CD02和DiB7000组成的接收端简略结构图如图1所示。飞思卡尔的MC44CD02覆盖470-862MHz,采用直接转换、零中频方案实现低功耗,减少部件数量。凭借这些优势,使产品的尺寸小巧并且延长了电池寿命。DiB7000-H信道解码器提供极佳的DVB-H接收解决方案,并符合DVB-H标准实施的“经过验证的性能”指导原则。与其他的接收模块相比:飞思卡尔+DiBcom的接收模块是得到认证的硅片,并首先推向市场;与传统调谐器相比,它们的功耗非常低(分别为270mW和650mW);RF端结构简单,从而降低了设计的难度;在高速接收时,具有很好的多普勒性能等等。

         C44CD02和DiB7000组成的接收端简略结构图

        飞思卡尔的MC44CD02采用QFN-487x7mm封装,符合RoHS标准,适合与便携产品要求体积小的特点。MC44CD02的内部结构如图2所示。RF部分由具有自动增益控制的LNA、混频器和一个由PLL控制产生4GHz的VCO组成。内部LAN覆盖了整个UHF波段,驱动混频器将所接收到的RF信号转换成I和Q信号。经过MC44DC02处理后产生的I、Q信号输入到信道解码器DiB7000-H。

        解码器DiB7000-H通过I2C总线对调谐器MC44DC02进行控制。它具有COFDM解调器和MPE-FEC硬件加速,完全集成DVB-T和DVB-H标准,并具有IQ增益和相位补偿等等。在不增加扫描时间的前提下,DiB7000-H可以达到±350KHz的频率补偿。在DiB7000-H在中,RF信号和基带的放大器采用数字式的补偿方式确保控制的线性性,而RF和基带间的增益平衡是由内部自动处理的。采用处理性较强的数字式滤波器,滤掉邻近频道信号的干扰,而且它可以自动调节成8、7、6或5MHZ的频宽。