Учебники / Цифровое телевизионное вещание под редакцией Г. В. Мамчев, 2014

На входе данного селектора телевизионных каналов включен непере­

страиваемый усилитель высокой частоты (УВЧ), нагрузкой которого слу­ жит широкополосный полосовой фильтр (ПФ), например, охватывающий диапазоны метровых и дециметровых волн. Коэффициент передачи УВЧ

изменяется напряжением автоматической регулировки усиления по высо­

кой частоте (АРУ ВЧ). На выходе УВЧ включен первый преобразователь

частоты, состоящий из смесителя См1 и гетеродина Гет1, перестраиваемо­

го первой системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ1), которая

позволяет выделять выбранный радиоканал. Первую промежуточную час­

тоту (ПЧ) выбирают близкой к 1 ГГц (чаще всего 1220 МГц). Для обеспе­ чения необходимой избирательности включен фильтр ПАВ1. Например,

для «кремниевого» селектора телевизионных каналов наиболее подходит

ПАВ типа В1620, выпускаемый фирмой EPCOS. Основные параметры данного фильтра приведены в табл. 5.3.

Высокая первая ПЧ позволяет существенно повысить подавление зер­

кального канала.

Второй преобразователь частоты с неперестраиваемой системой

ФАПЧ2 (второй гетеродин обычно выполняют с кварцевым резонатором)

переносит спектр сигнала на стандартную ПЧ. В России центральная час­ тота канала ПЧ равна 35,25 МГц, в Западной Европе - 36 МГц. В «крем­

ниевом» селекторе каналов на позиции фильтра ПАВ2 может быть исполь­ зован стандартный фильтр фирмы EPCOS, например, типа X6857D или отечественный фильтр ФПЗП7.518. Фильтр ПАВ типа X6857D рассчитан на центральную частоту 36,125 МГц при ширине полосы пропускания по уровню - 3 дБ, равный 8,1 МГц. Основные параметры отечественного фильтра ФПЗП7.518 приведены в табл. 5.4.

Рис. 5.11. Структурная схема селектора каналов с синхронным гетеродином

Для обеспечения необходимой избирательности и оптимизации харак­ теристики ГВЗ выделенный на выходе смесителя модулированный радио­ сигнал в области низких частот проходит через прецизионный фильтр низ­ ких частот (ФНЧ). Причем ФНЧ имеет плоскую АЧХ и линейную фазоча­

стотную характеристику, что обеспечивает инеискаженную переходную

характеристику.

5.3.3. Устройство СОFDМ-демодуляторов

Кроме сектора телевизионных каналов в состав радиоблока цифровых

телевизоров входит СОFDМ-демодулятор, который с конструктивной точ­ ки зрения представляет собой микросхему-процессор. Примером может

служить микросхема DRX8872C фирмы MICRONAS [54].

Микросхема DRX8872C - это интегральный демодулятор цифровых

сигналов стандарта ETS300744 и корректор ошибок в принимаемом сигна­ ле, обеспечивающий выполнение операций внутреннего и внешнего об­ ратного перемежения и декодирования, обусловленных канальным коди­

рованием на передающем конце.

Входным сигналом микросхемы является промежуточная частота сиг­ нала COFDM. Входной сигнал дискретизируется в высококачественном десятиразрядном АЦП. Встроенный микропроцессор обеспечивает детек­

тирование сигнала COFDM и автоматическую конфигурацию цепей обра­

ботки. В сигнале корректируются ошибки и на выход поступают транс­

портный поток (пакеты) МPEG-2.

Структурная схема демодулятора-процессора на микросхеме DRX8872C представлена на рис. 5.12.

Процессор обеспечивает удовлетворительную работу при наличии эхо-сигналов, шумов и сигналов смежных каналов. В нем применена гиб­ кая концепция «микрокодированных» алгоритмов. Микропроцессор опре­

деляет тип канала (эхо, совмещенный канал, гауссовы шумы и т.д.), для чего используется функция классификации канала. Процессор обеспечива­ ет быструю синхронизацию после включения (менее 70 мс). Обрабатыва-

Второй способ - так называемая субдискретизация. При этом тактовую частоту выбирают равной разности двух значений промежуточной частоты. Для российского стандартаhaкr = 35,25 -7,225 = 28,025 МГц. В результате та­ кого преобразования получается множество спектров ПЧ, равной 7,225 МГц, наподобие гармоник, с центральными частотами - 7,225 МГц, 3·7,225 МГц, 5·7,225 МГц и т.д. Цифровой полосовой фильтр в демодуляторе выделяет требуемый спектр с центральной частотой 7,225 МГц.

Фирмой MICRONAS дЛЯ СОFDМ-демодуляции разработана новая, более усовершенствованная микросхема DRX3975D, которая представляет собой цифровой демодулятор четверного поколения, соответствующий

стандарту ETS300744 [55].

В новой микросхеме применены цифровая фильтрация, АЦП и систе­ ма ФАПЧ, что позволяет получить высококачественный сигнал при нали­ чии цифровых и аналоговых смежных каналов. Алгоритм прогрессивной оценки качества приема способствует нормальной работе в условиях ди­ намического эхо, что особенно важно при размещении телевизоров в по­ мещениях. Импульсный помехоподавитель эффективно защищает от таких

источников помех, как автомобили, электромоторы и различные приборы в

домашнем хозяйстве.

Процессор разработан для работы с одиночным фильтром ПАВ при полосе пропускания 8 МГц. В рассматриваемой микросхеме формируются

два управляющих сигнала АРУ, предназначенные для цепей управления АРУ ВЧ и АРУ ПЧ. Причем для оптимизации работы цепи АРУ ВЧ и из­

мерения уровня сигнала ВЧ используется сигнал со входа фильтра ПАВ. Система АРУ функционирует при напряжении питания 5 В.

Микросхема DRX3975D высокоэффективно подавляет сигналы смеж­ ных цифровых и аналоговых каналов (не хуже - 40 дБ) и импульсные по­

мехи. Демодулятор может обрабатывать сигнал ПЧ со средней частотой до 44 МГц, что согласуется с современной идеологией построения селекторов каналов. Встроенный микропроцессор позволяет демодулировать сигналы во всех возможных режимах системы DVB-T. Он обеспечивает полностью

автоматическую и быструю перестройку каналов, оба диапазона (МВ и

ДМВ) сканируются менее чем за 20 с. Микросхема имеет входной после­

довательный интерфейс (типа 12c) для управления селектором. Выходной

сигнал формируется в параллельном или последовательном интерфейсе

транспортного потока МPEG-TS.

Структурная схема демодулятора, реализуемого микросхемой DRX3975D, представлена на рис. 5.13. Данная микросхема позволяет исполь­

зовать различные ПЧ. В зависимости от выбранного фильтра ПАВ можно

обеспечить ее работу с ПЧ от 4 до 44 МГц. На процессор подают измери­

тельный сигнал со входа фильтра ПАВ. Это позволяет измерить уровень при­

нимаемого сигнала. При этом микросхема может управлять каскадами уси­

лителя ВЧ в селекторе каналов, причем сам селектор не должен иметь собст­ венную систему АРУ, а должен содержать только регулируемые каскады.

SDA SCL

Рис. 5.13. Структурная схема микросхемы-демодулятора DRXЗ975D:

SCL - тактовый сигнал последовательной шины; SDA - сигнал данных последователь­ ной шины; SDAT - сигнал данных второй последовательной шины; SCLT - тактовый

сигнал второй последовательной шины

Микросхема вырабатывает сигналы управления АРУ дЛЯ селектора

(по ВЧ) и канала ПЧ. Структурная схема двойной системы АРУ изображе­

на на рис. 5.14. Если использовать селектор каналов с внутренней систе­ мой АРУ ВЧ, то для управления достаточно иметь только сигнал АРУ ПЧ.

Входной сигнал ПЧ дискретизируется десятиразрядным АЦП (см. рис. 5.14). Микросхема позволяет использовать различные ПЧ. В зависи­ мости от выбранного фильтра ПАВ можно обеспечить ее работу с ПЧ от 4 до 44 МГц. На процессор подают измерительный сигнал со входа фильтра ПАВ. Это позволяет измерять уровень принимаемого сигнала. При этом

микросхема может управлять каскадами УВЧ в селекторе каналов, причем

сам селектор не должен иметь систему АРУ, а должен содержать только

регулируемые каскады.

Микросхема DRX3975D вырабатывает сигналы управления АРУ дЛЯ селектора (по высокой частоте) и канала ПЧ.

При использовании АРУ ВЧ ее программируют так, чтобы получалось

оптимальное усиление в канале. При малом уровне входного сигнала вы­

сокой частоты регулировка усиления обеспечивается системой АРУ ПЧ. При увеличении амплитуды сигнала высокой частоты коэффициент пере­ дачи в канале ПЧ уменьшается. Когда будет достигнут уровень перехода с АРУ ПЧ на АРУ ВЧ, начинается регулировка по каскадам УВЧ в селекторе и измеряется уровень сигнала ПЧ на входе фильтра ПАВ. При дальнейшем увеличении амплитуды входного сигнала коэффициент передачи в канале продолжает снижаться. В результате размах сигнала на входе АЦП под­

держивается постоянным.

Тактовый сигнал дЛЯ АЦП формируется системой ФАПЧ процессора.

Фильтрация сигнала на входе АЦП дополнительно повышает отношение

сигнал/шум. Тактовый сигнал для процессора формируется или генерато­

ром самого процессора с использованием кварцевого резонатора или

внешним генератором. Например, образцовым может служить тактовый сигнал 4 МГц, снятый с селектора каналов. Внешняя тактовая частота мо­ жет быть в пределах от 4 до 32 МГц. Система ФАПЧ обладает очень ма­

лыми фазовыми шумами.

Быстрое преобразование Фурье (РРТ) 2k или 8k обеспечивает транс­ формирование сигнала из временн6й области в частотную. Алгоритм с

плавающей точкой позволяет преобразовывать сигналы с большим дина­

мическим диапазоном без насыщения дифференциальных каскадов блока

преобразования Фурье.

Узел оценки канала с nрименением пилот-сигналов можно назвать

наиболее важным блоком (<<сердцем») микросхемы DRX3975D. При оцен­ ке канала используются прогрессивные цифровые алгоритмы, что приво­

дит К существенной минимизации помех. Сигнал DVB-Т QAМ-64 прини­

мается микросхемой с качеством QEF (quasi error-free - практически сво­ бодным от ошибок).

Далее в потоке данных происходит обратное перемежение, описанное в стандарте ETS300744. Затем сигнал проходит декодеры Витерби и Рида­ Соломона. В результате получается практически свободный от ошибок сигнал и определяется значение интенсивности следования ошибочных

бит (BER).

Процессор автоматически определяет все параметры сигнала COFDM и канала: частотный офсет, полосу пропускания, инверсию спектра, режим COFDM (2k/8k), защитный интервал, вид созвездия, код, иерархию.

Микросхема формирует как последовательный, так и параллельный

транспортные потоки.

5.3.4. Особенности функционирования транспортного

демультиплексора цифрового телевизора

Транспортный демультиплексор принимает на свой вход 8-битовый транспортный поток, содержащий видео-, звуковую или служебную ин­ формацию, относящуюся к различным программам, представленный в ви­ де 188-байтовых пакетов. Каждый пакет содержит слово синхронизации для вхождения в синхронизм, идентификатор пакета, опорный сигнал син­ xpoHизaции программы и биты видео-, звуковых и служебных данных. Ес­ ли используется скремблирование (шифрование), входные данные переда­ ются на модуль условного доступа по 8-битовой шине САМ DATA OUT, если доступ разрешен, то данные возвращаются по 8-битовой шине САМ DATA IN. Доступом управляет микроконтроллер, который может обра­ щаться к интерфейсу кредитной карты, чтобы установить возможность

зрителя пользоваться подпиской на выбранную программу.

Основной задачей транспортного демультиплексора является иденти­

фикация пакетов, относящихся к выбранной программе, и использование

их меток времени для синхронизации выбранных пакетов между собой.

Затем демультиплексор фильтрует выбранные пакеты и передает видео­

данные на видеодекодер МPEG-2 по шине шириной 8 бит.

Звуковые пакеты преобразуются демультиплексором в последователь­ ность звуковых данных, которые подаются на звуковой декодер МPEG-2. Этой операцией управляет микроконтроллер, который помимо прочего, проверяет служебные пакеты запрошенных программ и направляет соответ­ ствующие инструкции по управлению и обработке на демультиплексор.

Для хранения выбранных видео- и звуковых пакетов и последующей

их выдачи используется быстродействующее ОЗУ (время доступа 20 ... 25 нс). Микроконтроллером используются несколько линий управления транс­ портным демультиплексором: специальные шины адреса (13 бит) и дан­ ных (8 бит), чтение/запись R/W, подтверждение ASK и выбор кристалла

CS, а также одна или более линий запроса прерывания IRQ. Демультип­ лексор использует запросы прерывания, в частности, для того, чтобы, на­

пример, проинформировать о переполнении буфера быстродействующего

ОЗУ. Частота следования импульсов системной синхронизации транспорт­ ного демультиплексора составляет 25 МГц, в то время как для реализации

программной опорной синхронизации потока данных используются син­

хроимпульсы С частотой следования 27 МГц.

5.3.5. Практическое использование декодеров MPEG-2

Видеодекодер MPEG-2 предназначен для восстановления исходных сигналов (рис. 5.15). Процесс видеодекодирования включает в себя распа-

328 5. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИЕМОПЕРЕДАЮIЦEЙ АППАРАТУРЫ

ковку данных, реконструирование изображения по кадрам и воспроизведе­ ние исходных видеосигналов яркости YD и цветности CR и СВ дЛЯ каждого кадра. Чтобы реконструировать изображение, надо одновременно хранить информацию о нескольких передаваемых кадрах и проводить необходи­ мые сравнения между ними для восстановления изображений полных кад­ ров. Поэтому необходима память большого объема. В ее качестве исполь­ зуется буферное ОЗУ. После восстановления полного изображения каждо­ го кадра цифровые сигналы яркости и цветности подвергаются цифроана­ логовому преобразованию и подаются на малосигнальный процессор ви­

део- и звуковых сигналов телевизионного приемника.

Для синхронизации видеодекодер тактируется опорными nро­

граммными синхроимnульсами транспортного потока частотой

27 МГц. Для запроса прерывания видеодекодеру MPEG-2 предоставляет­ ся один сигнал IRQ.

Звуковой декодер MPEG-2 - это микросхема, которая получает по­ следовательные цифровые звуковые сигналы от транспортного демульти­ плексора и выполняет необходимую обработку сигналов, формируя, в об­ щем случае, два (левый и правый) последовательных звуковых канала с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) (рис. 5.16). Звуковой декодер мо­ жет формировать сигналы при трех различных частотах выборки: 32; 44,1

и 48 кГц.

Буферное

озу

IRQ

Микроконтроллер

Рис. 5.15. Схема включения видеодекодера MPEG-2

IRQ

Микроконтроллер

Рис. 5.16. Схема включения декодера звука MPEG-2

Информацию о фактической частоте выборки, используемой в сис­ теме цифрового телевизионного вещания, представляет транспортный

демультиплексор, который извлекает ее из поступающего транспортного

потока.

Хранение объема звуковых данных осуществляет буферное ОЗУ, ко­

торое обеспечивает также задержку сигнала. Декодер звука управляется и программируется микроконтроллером по 7-битовой адресной шине, 8-

битовой шине данных и управляющим линиям R/W и CS. с помощью пре­ доставляемого запроса прерывания IRQ звуковой декодер может инфор­

мировать микроконтроллер о некоторых возникающих сбоях и запраши­

вать прерывание.

5.3.6. Система управления цифровым

телевизионным приемником

Для управления всеми функциональными узлами цифрового телеви­

зора используется микроконтроллер, который выполняет всю необходи­

мую программную работу. Связь микроконтроллера со всеми другими уз­

лами телевизионного устройства осуществляется по одной или нескольким

цифровым шинам управления как последовательным, так и параллельным способами (рис. 5.17).