卫星数字电视接收机信号检测功能

卫星数字电视接收机信号检测功能 编者按,在寻星时,数字机自身有一些检测显示,如信号强度、信号质量,均有红色横条显示,、纠错等,这些显示反映的是接收机的什么功能指标,在仔细阅读本文后,便会获得答案。 为了便利广大用户,接收者,对卫星数字电视信号的接收,卫星数字电视接收机设置了多项信号检测功能,包括信号强度和信号质量的指示、卷积收缩率的自动选择、信号锁定指示等。在对信号进行自动检测的基础下,还可进一步实现了对接收信号的自动搜索,即所谓的“盲扫”,blindscan,。对于广大的非专业的接收者,“盲扫”功能可以大大方便他们的收视,在免去了对接收机进行繁琐操作的情况下仍可很快搜索到并存储要看的节目。卫星数字电视接收机的这些信号检测功能除了满足自身接收的需要,还可用于数据采集,通过串行数据接口将有关的检测数据输出,应用于其它的目的,如雨衰时上行地球站上行功率的自动提升、对干扰信号的判别等。 对接收信号的检测主要是在调谐器,Tuner,中完成的,并借助于接收机的主控CPU对检测信号进行处理。调谐器可划分为两大部分,一是调谐电路,二是链接,Link,电路。 1 Link电路由一片集成电路构成,如意法半导体公司的STV0299和STV0399以及卓联半导体公司的MT312等芯片,过去的调谐电路都是由分立元件构成的,现在也有单片的,如意法半导体公司的STB6000和卓联半导体公司的ZL10036等芯片。Link电路中有数以百计的寄存器,用来暂存检测数据,主控CPU通过I2C总线调用这些数据,完成统计和判断。调谐器的电路结构框图如图1所示,灰色框内的部分就是Link电路。下面结合该框图解析各信号的检测点和检测的原理。 信号强度的指示 信号强度是通过AGC电平的大小来体现的,图2示出了输入的第一中频信号强度与AGC电平的对应关系。从AGC电路取出信号,并将其真值转换成对数显示出来,就得到用分贝数值表示的信号强度了。当然也可用发光二极管电平指示器或是条状图来显示信号强度,这可使用户直观地了解接收信号的场强大小。但仅靠这个指示,用户还无法确定接收的是有用信号还是噪声之类的无用信号。所以信号强度指示往往要与载噪比,或称信号质量,指示结合起来观察。 信号质量,载噪比,的指示 载噪比指示能够反映接收信号的质量。它的原理是计算接收信号星座的离散性,见图3。对于传输信道中的噪声,不论是加性的还是乘性的,都会导致星座的离散,且噪声越 2 大,离散性越大。所以对载噪比的检测正是从计算星座的离散入手的,编者注,离散,这是一种高等数学语言,在这里可理解成离接收信号的差距,。对接收到的每个符号,都计算一下它的星座位置与理想位置的距离,矢量,di,然后求统计平均。显然该统计平均值,离散度,越大,说明载噪比越差。 公式(1)是某种型号的接收机用来计算载噪比的经验公式,它是以30000个符号做为统计样本的。比如离散度的数值为7000,则算出载噪比约为9.2dB。 ,1, 除了噪声以外,干扰信号也会导致星座的离散,所以,上面计算的载噪比中实际上也包括了载扰比的成份。 信号强度指示和载噪比指示结合起来,以条状图的形式显示在监视器屏幕上,在寻星时特别有用。 QPSK解调之后,Viterbi卷积译码之前,误码率的检测 卷积译码之前误码率的检测主要用于自动寻找卷积收缩率。图4示出了这一检测过程。图4中点划线的左侧是误码率检测部分,将经过卷积译码的数据再重新编码,然后与未经译码处理的延迟数据进行比对,统计一下两者之间不一致的数据的数量,从而得到误码率。 如果卷积译码时使用的卷积收缩率有误,则误码率是比较高的。反之,当使用的收缩率正确时,误码率则会明显降 3 低。通过与预先存储的误码率阈值进行比较,如果误码率高于对应的阈值,就说明使用的卷积收缩率不合适,需要改变卷积收缩率,直到误码率低于对应的阈值,则认为找到了正确的卷积收缩率。这样就实现了卷积收缩率的自动搜寻。 图5示出了误码计数的过程。由两个寄存器配合工作,一个用来统计误码个数,一个用来进行统计时间,周期,计数。每当计数周期寄存器溢出时,则向主控CPU发出中断请求,由该CPU完成误码率的统计计算。 卷积译码之后的误码率 Viterbi卷积译码之后,即里德,所罗门译码之前的误码率的检测过程见图6。它是假定里德,所罗门译码之后的数据全部正确,观察里德,所罗门译码前后对应的数据比特,有差别的即认为是错误比特。图6所示的是译码前后的204字节数据包,有阴影的字节中有出错的比特。误码率的计算见公式(2), 译码前后不相同的比特个数 误码率= ,2, 测量时间×符号率×卷积收缩率×2 这个检测点的误码率决定了接收信号的质量能否达到“准无误码”,只要该点的误码率小于10,4,则里德,所罗门译码之后信号的误码率将小于每小时1个比特,即“准无误码”。但这个检测点的结果对于数字卫星接收机本身的接收没有 4 什么帮助,或者说,接收机本身并不使用这一结果。 里德,所罗门译码之后的误码率 这个检测点的误码率的测定与上面的卷积译码之后的误码率检测过程是相同的,只是这儿对比的是里德,所罗门译码前后不相同的字节个数。因为RS,204,188,纠错码的纠错能力是8个字节,如果一个204字节包中的错误字节超过了8个,则认为这个包未被校正。所以此处的误码率是用,错,误包率来计量的,计算见公式(3)。每当出现一个未被校正的错包,Link电路会发出一个错误指示,但并不终止后续MPEG,2解码器的工作。 未校正的包的个数×204×8 误包率= ,3, 测量时间×符号率×卷积收缩率×2 接收载波频率的盲扫 图7所示的是对接收载波进行盲扫的过程。在盲扫之前需先确定扫描频点的步进间隔,比如设为6MHz,则对应的捕捉范围也就随之确定下来,应为不小于?3MHz。以图7为例,假如起始扫描频率为f0,实际的频率一般是950 MHz,,在此频率两侧开始搜索,则第二个扫描频点为f0，6,MHz,。如果在这个频点附近搜索到一个节目,载波频率为f1,则下一个扫描频点就成了,f1，6,,以此类推。比如在频点,f1，12,附近又搜索到载波f2,则下一个扫描频点就变成了,f2 5 ，6,。就这样,扫描频点不断地向高端推进,直到接收频段的上限,一般是2150MHz,,最终完成对接收载波频率的盲扫。 锁定检测 锁定检测包括两个方面的,一是载波锁定检测,二是时钟锁定检测。 当调谐器的本振信号与输入载波实现了锁相,就意味着调谐器可以进行正常的QPSK相干解调,此时调谐器会输出一个CF,Carrier recovery Flag,标志。 当QPSK解调出的数据信号稳定后,时钟得以正确地恢复,进而对接收的符号进行计数。众所周知,204字节包中的,帧,同步字节是47H,但每过8个包翻转为B8H。Link电路中使用了一个计数器对B8H进行加减计数,当B8H正常出现时加1,丢失时减1,正向计数溢出时产生TF,Timing lock Flag,标志。出现这个标志意味着接收的TS流已经实现同步,对于“盲扫” 的接收机而言,确定了相邻两个B8H字节的时间间隔还意味着搜索到了接收信号的符号率,也就是完成了符号率的盲扫。 CF标志和TF标志进行逻辑“与”,就产生了LK,Lock,指示,即锁定指示。只要卫星接收机发出了锁定指示,就提示用户已经稳定地收到了节目。反之,当接收机失锁时,MPEG,2解码器将停止解码,同时机器发出失锁告警,此 6 时监视器上将出现黑屏或静帧。 综上所述,卫星数字电视接收机的各项信号检测功能是为了满足接收的需要。这些检测功能均在主控CPU的控制下由Link电路来完成。所有的检测结果还可通过串行数据输出口输出。图8所示的是对应着STi5518芯片的串行I/O电路,RS,232接口,。在卫星数字电视接收机中,这个接口通常是用来下载升级软件的。只要更改一下设置,这个接口就可输出有关的检测结果,提供给诸如雨衰控制器或干扰识别仪之类的设备做为参考信号。当出现雨衰时,接收信号的电平和信噪比都会下降,当遭到干扰时,接收信号的信噪比会下降,误码率则会上升。后置的仪器设备可把这些检测结果做为判据,而此时的卫星数字接收机就起到一台数据采集器的作用。 注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文 7