中国移动多媒体广播（CMMB）测试接收机的设计与实现

2012-01-24胡福民朱竑宇

电子设计工程 2012年17期

李欣，胡福民，朱竑宇，王卓

（哈尔滨理工大学通信工程系，黑龙江哈尔滨 150080）

随着信息技术与通信产业的迅猛发展，手机数字电视作为新兴的多媒体业务成为炙手可热的研究热点。手机数字电视为手机和其他移动多媒体终端提供接收地面数字电视广播的功能，满足用户在任何时间、任何地点、任何状态下接收电视节目的需求。中国移动多媒体广播是我国自主研发的、具有完全自主知识产权的移动多媒体广播标准[1]。CMMB信号通过卫星和地面无线广播方式发送，在信号覆盖范围内，人们利用装有CMMB码流播放器的手机、笔记本电脑以及车载、船载等便携移动终端设备可以随时随地接收新闻、资讯、娱乐等电视节目。

为了解决用户在任何时刻能够顺利流畅的接收到自己想要的电视节目、新闻等信息并解决便携手持类终端信号质量的问题，必须对CMMB网络覆盖进行测试，而一个精确、有效的网络覆盖测试来自于一个性能稳定的CMMB测试接收机，所以CMMB网络测试接收机的研发，既对于CMMB的发展有很大的裨益，同时也是节约国家投资成本，高效建设CMMB网络所不可或缺的。

1 CMMB测试接收机的整体结构设计

文中设计的CMMB测试接收机主要由6个模块构成，CMMB信号调谐模块、CMMB信号调谐解调模块、CMMB信号数据存储模块、功率的测量模块[2]、主控模块、人机交互模块。CMMB测试接收机整体结构如图1所示。其中人机交互模块与主控模块是通过USB接口相互通信的，而其它各个模块与主控模块的通信是通过主控模块的GPIO口模拟的I2C和SPI总线接口进行的。首先人机交互模块通过主控模块对射频前端的调谐模块和调谐解调模块分别进行调谐频道和解调参数设置，然后CMMB信号调谐模块从天线的射频信号中，选出与频道参数匹配的高频信号，被选出的高频信号被调谐模块分为两路：一路通过功率测量模块，进行A/D转换，然后进入CMMB信号数据存储模块进行数据存储，再由主控模块上传到人机交互模块进行处理；另一路通过CMMB调谐解调模块，对CMMB信号进行解调和信道解码，然后进入CMMB信号数据存储模块进行数据存储，然后由主控模块把CMMB信号参数及码流数据上传到人机交互模块进行处理。

1.1 CMMB测试接收机的硬件模块设计

硬件模块主要以CY7C68013A芯片为控制核心，CY7C68013A芯片与各个模块相互通信主要是通过USB接口和模拟的I2C总线、SPI总线实现的。硬件模块电路设计框图如图1所示。

1.1.1 RF射频信号的调谐模块

本测试接收机中RF射频信号的调谐模块采用MXL5007，该芯片支持中国的 CMMB[3]、美国的 ATSC、ATSCM/H，欧洲的DVB-T等数字电视标准，芯片的特色在于能够通过天线或有线接收从44~885 MHz连续频段信号，并将输入的RF射频信号进行调谐输出4~44 MHz的中频信号；最重要的是MXL5007具有自动增益补偿功能，会对输入的射频信号功率根据实际需要进行适当的放大或缩小，在抗干扰能力、接收灵敏度上均有很强的优势，是CMMB测试接收机调谐器理想的选择。

1.1.2 功率测量模块

功率测量模块主要采用的是LT5537对数检波芯片和AD7468芯片，LT5537芯片是一款宽动态范围 RF/IF检波器，工作频率范围为10~1 000 MHz。该检波器的标准输出电压斜率为 20 mV/dB，典型温度系数为0.01 dB/℃（在 200 MHz频率条件下）。AD7468芯片支持1.6~3.6 V 12、10和8位ADC，具有高吞吐量、低功耗性能等优点，当MXL5007调谐器输出的中频信号进入LT5537功率测量芯片时，该芯片会把中频信号的功率值转换为电压值，传输至下AD7468进行A/D转换，然后传输至下一级CMMB信号数据存储与传输模块。

1.1.3 CMMB信号调谐解调模块

CMMB信号调谐解调模块选用了创毅视讯公司的IF206型号的芯片，IF206芯片有如下特点：支持CMMB标准；支持CMMB广播信道标准和复用标准；支持单频网和多频网模式；支持BPSK、QPSK、16QAM多种星座映射模式；支持LDPC前向纠错技术（1/2，3/4模式）；支持 TS码流，SPI和 MMIS输出，支持 I2C、UART、SPI、MMIS 接口；接收灵敏度低；低功耗、低成本、对前端后端设备无特殊要求。CMMB信号到达IF206芯片后，经过A/D转换，转换为数字信号，然后进行解调、LDPC解码和RS解码，解码后的码流数据被继续传输至下一级的CMMB信号数据存储与传输模块。

1.1.4 主控模块和CMMB信号数据存储模块

主控模块采用了赛普拉斯半导体公司EZ-USB FX2LP框架的CY7C68013A芯片，此芯片高集成[4]、低功耗，并将高性能USB引擎和增强8051内核有机结合在一起，且内部嵌有4 kB FIFO运用于数据传输与缓存；CMMB信号数据存储模块选用了性价比较高的Altera公司生产的低端CycloneⅠ系列的EP1C12Q240C8N FPGA芯片。

CMMB信号数据存储模块中的FPGA芯片通过SPI总线和CMMB调谐解调芯片进行双向通信，IF206 SPI总线有MMIS_CLK（SPI时钟）、MMIS_VLD（主入从出）、MMIS_DO（主出从入）、MMIS_D3（SPI使能）。而RST是 IF206复位管脚，GPIO5管脚是CY7C68013A中断管脚，当有中断时IF206会通知FPGA配合CY7C68013A把CMMB信号参数和码流数据读走。FPGA与调谐解调芯片SPI总线的连接如图2所示。

图2 FPGA与调谐解调芯片连接图Fig.2 FPGA and tuning demodulator chip connection diagram

1.1.5 人机交互模块

人机交互模块的主要作用是：计算机通过USB接口对各个模块进行控制，主要完成以下任务；1）CMMB信号相关频道参数的设置；2）CMMB信号平均功率的接收与处理；3）CMMB信号参数的接收与处理；4）CMMB码流数据的接收与处理。

2 CMMB测试接收机的软件设计

测试接收机中软件的设计主要是人机交互模块中的上位机软件设计和主控模块中的CY7C68013A处理器程序的设计，人机交互模块中的软件设计采用C#语言编程，主要功能如下：通过主控模块对调谐模块和调谐解调模块进行调谐频道和解调参数设置；CMMB信号参数的读取与CMMB码流播放同步进行。

主控模块程序设计运用了EZ-USB FX2架构[5-7]，采用C语言编程，运用模块化程序设计方法，主要模块包括：1）I2C总线数据读写模块；2）SPI总线数据输入输出模块；3）设置和读取调谐器的当前调谐频道模块；4）读取解调芯片的RS误包率、LDPC误码率、信号平均功率、SNR等解调信息参数模块；5）码流数据传输模块。这几个模块都是由人机交互模块通过USB接口控制主控模块完成工作的。程序流程图如图3所示。