1、引言
數(shù)字衛(wèi)星多星多機(jī)接收方案的發(fā)展源于人們要充分使用衛(wèi)星資源的想法。通常使用2種方式:一是用單個(gè)高頻頭配合可轉(zhuǎn)動(dòng)天線,采用DISEQC1.2來(lái)控制轉(zhuǎn)動(dòng)衛(wèi)星接收天線實(shí)現(xiàn)對(duì)多星下行信號(hào)的接收;二是用多個(gè)固定高頻頭,采用DIsEQC1.0或DISEQC2.0配合DISEQC開(kāi)關(guān)選擇通路實(shí)現(xiàn)多星接收。前者常用于單機(jī)多星接收的場(chǎng)合;后者可用于多機(jī)接收,但每個(gè)接收機(jī)要用一條獨(dú)立的下行電纜,連接DISEQC開(kāi)關(guān)到機(jī)頂盒之間的通路。
按照衛(wèi)星數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)星下行信道通帶范圍內(nèi)有大量空閑頻帶存在。從衛(wèi)星接收到的電磁波匯聚到高頻頭的饋源上轉(zhuǎn)換成的電壓信號(hào),供高頻頭進(jìn)行變頻處理,在這種情況下,高頻頭降頻后的中頻信號(hào)在沒(méi)有復(fù)用的情況下,中頻信號(hào)帶寬也有大量空閑頻帶存在。這使得信號(hào)的復(fù)用成為可能。
2、硬件電路的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)處理模塊,將高頻頭輸出的多路信號(hào)復(fù)用到一個(gè)通路中,利用一根下行線纜傳輸?shù)叫l(wèi)星接收機(jī)。本方案將設(shè)計(jì)好的信號(hào)處理模塊封裝起來(lái),一方面用戶無(wú)須自行設(shè)計(jì)多路選擇線路,另一方面可避免DISEQC方案下多根下行電纜的布線繁雜問(wèn)題。
信號(hào)處理模塊的核心功能是單纜接口(SCIF),對(duì)低噪聲下變頻器(LNB)輸出的多路信號(hào)進(jìn)行處理。本設(shè)計(jì)將信號(hào)處理模塊與LNB集成,如圖1所示。從饋源接收下來(lái)未經(jīng)處理的衛(wèi)星信號(hào)bank 1~bank m,經(jīng)過(guò)處理復(fù)用到一條通道上,通過(guò)單根下行線纜代替DISEQC方案中的多根線纜實(shí)現(xiàn)下行傳輸,再通過(guò)功率分配器分配給多個(gè)接收機(jī)使用。
2.1 復(fù)用原理
經(jīng)過(guò)高頻頭輸出的中頻信號(hào)頻率范圍在950~2150MHz之間,每個(gè)頻道占據(jù)此頻帶范圍的一定帶寬。收看電視節(jié)目時(shí),只需保證節(jié)目相關(guān)帶寬上的信號(hào)在對(duì)信號(hào)處理的過(guò)程中不受影響。本硬件電路的功能是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行移頻和復(fù)用處理,從而達(dá)到在下行線纜中傳輸多路節(jié)目的目的。信道復(fù)用的原理如圖2所示。
圖2中的黑色方塊表示用戶想要收看的節(jié)目頻道在 整個(gè)節(jié)目通道中所處的位置,白色矩形框表示與信道對(duì)應(yīng)的傳輸通道,頻帶范圍在950~2150 MHz之間,橫坐標(biāo)表示頻率空間。bank 1~。bank 4表示高頻頭1~4路輸出信號(hào)。此處理分2部分,信號(hào)移頻和信號(hào)復(fù)用。移頻由SCR芯片來(lái)完成,復(fù)用由加法器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.2電路設(shè)計(jì)及細(xì)節(jié)分析
圖3虛線后部分與圖2對(duì)應(yīng)。
圖中4×4矩陣在實(shí)際電路中由2片HMC276芯片組成,用于選擇打開(kāi)bank l~bank 4中某一通路信號(hào),供SCR芯片進(jìn)行移頻處理,SCR的移頻工作在ST7LNB1的控制下實(shí)現(xiàn),其中每個(gè)SCR芯片的中心頻率不同,與圖2中UBO~UB3的中心頻率對(duì)應(yīng),此中心頻率是由芯片固有性質(zhì)決定的,常在同一系統(tǒng)中使用的組合有4路組合及8路組合等,它們對(duì)應(yīng)的用戶帶寬(UB)分別為60 MHz和40 MHz。這些中心頻率是由硬件確定的,但在實(shí)際使用中,是由機(jī)頂盒發(fā)送DISEQC命令檢測(cè)得到。本方案中的降頻參考圖3分2次實(shí)現(xiàn),第一次降頻在圖3虛線左側(cè)實(shí)現(xiàn),之后矩陣輸入信號(hào)頻率Freq_martrix_input=|Freq_down_Flo|。第二次降頻在圖3虛線右側(cè)SCR中實(shí)現(xiàn),之后SCR輸出信號(hào)頻帶中心頻率Freq_scr_output=F_SCR。需要說(shuō)明的是,第二次降頻由ST7LNB1控制SCR來(lái)實(shí)現(xiàn),參考SCR的數(shù)據(jù)表可知,SCR可以將950~2150 MHz范圍的任意信號(hào)頻移到其中心頻率附近的帶寬范圍內(nèi),這一點(diǎn)由機(jī)頂盒發(fā)送DISEQC命令向ST7LNB1傳送相關(guān)參數(shù)信號(hào)來(lái)確定,主要是本振和SCR中心頻率。Freq_down是衛(wèi)星下行信號(hào)經(jīng)窄濾波器濾波后的信號(hào)載頻,F(xiàn)lo為高頻頭本振頻率。SCR后面的帶通濾波器(BPF)用于濾除用戶帶寬之外的信號(hào),防止復(fù)用時(shí)信號(hào)串繞失真。BPF‘的頻寬和中心頻率與各SCR一一對(duì)應(yīng)。
3、 軟件支持
機(jī)頂盒軟件要解決的主要問(wèn)題包括檢測(cè)UB數(shù)目和中心頻率、信號(hào)通路的選擇以及沖突避免等。
3.1 測(cè)試UB數(shù)目和UB中心頻率
硬件設(shè)備配置好后,通過(guò)軟件程序來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。首先是由機(jī)頂盒發(fā)送DISEQC命令檢測(cè)系統(tǒng)UB的個(gè)數(shù)及其中心頻率,檢測(cè)結(jié)果反映硬件的配置情況。在檢測(cè)過(guò)程中,通過(guò)示波器來(lái)觀察信號(hào)通路中發(fā)送DISEQC命令時(shí)通路中的信號(hào)情況和SCIF信號(hào)處理模塊反饋給機(jī)頂盒的信號(hào)。檢測(cè)的方法是把示波器接入下行線纜通路中,由用戶操縱機(jī)頂盒發(fā)送檢測(cè)UB的DISEQC命令,觀察通路中信號(hào)情況。檢測(cè)到的結(jié)果如圖4所示。
圖中,尖鋒脈沖為機(jī)頂盒發(fā)送DISEQC命令后線纜中的信號(hào),可反映SCR中心頻率的狀況,4個(gè)帶通范圍為發(fā)送DISEQC一段時(shí)間后通路中的信號(hào),反映此電路模塊對(duì)信號(hào)的增益情況,是信號(hào)可存在的有效頻帶范圍。經(jīng)觀察,上述4個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)在1210 MHz,1420 MHz,l680 MHz,2040 MHz的中心頻率上,在ST7LNBl的控制下產(chǎn)生的。機(jī)頂盒系統(tǒng)發(fā)送UB_SINGAL_ON( )命令向SCIF模塊傳輸一些數(shù)據(jù)信息,對(duì)ST7LNB1寫入一些數(shù)據(jù),包括所有可能存在的SCR中心頻率,共12個(gè),當(dāng)這些頻率與ST7LNBl中存儲(chǔ)的與本硬件電路相關(guān)的SCR中心頻率數(shù)據(jù)庫(kù)相符合時(shí),ST7LNBl會(huì)控制系統(tǒng)在相應(yīng)頻點(diǎn)發(fā)送反饋的脈沖信號(hào)。機(jī)頂盒捕捉到這些信號(hào)之后可獲得不同SCIF模塊的固有頻點(diǎn),同時(shí)通過(guò)查對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表得到對(duì)應(yīng)的UB帶寬。上述4個(gè)通帶是發(fā)送DISEQC命令一段時(shí)間后示波器檢測(cè)到的信號(hào),它反映了系統(tǒng)對(duì)白噪聲的信號(hào)增益。
檢測(cè)UB的相關(guān)信息是解決用戶信號(hào)通路選擇的關(guān)鍵。UB信息檢測(cè)成功之后,軟件系統(tǒng)通過(guò)用戶界面菜單設(shè)置的相關(guān)參數(shù)(包括衛(wèi)星、極性、本振等信息)發(fā)送參數(shù)到ST7LNBl來(lái)選擇信號(hào)和控制信號(hào)所走的通路。對(duì)比上述UB的檢測(cè)結(jié)果和LNB模塊中所采用的SCR個(gè)數(shù)及中心頻率等物理參數(shù),本系統(tǒng)能夠正常檢測(cè)到UB通道設(shè)置的相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)。
3.2信號(hào)以及信號(hào)通路的選擇
用戶從檢測(cè)到的UB中選擇一個(gè),作為信號(hào)最終在信道中存在的頻帶范圍。對(duì)頻帶(band)的選擇也由用戶來(lái)確定,包括衛(wèi)星、極性和頻帶高低3個(gè)條件。以上4個(gè)條件確定后,各機(jī)頂盒對(duì)應(yīng)的信號(hào)傳輸通路就確定了。雖然各機(jī)頂盒占用的UB不同,但對(duì)所選的衛(wèi)星、極性和頻帶高低沒(méi)有限制。此信息由軟件系統(tǒng)以DISEQC命令參數(shù)的方式將代表這幾個(gè)條件的信息發(fā)送給ST7LNB1,由ST7LNBl負(fù)責(zé)解碼室內(nèi)機(jī)頂盒發(fā)出的DISEQC指令。
在確定以上條件后,各機(jī)頂盒可在各自的通路上發(fā)送存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的節(jié)目頻點(diǎn)、數(shù)據(jù)傳輸速率等信息,以完成對(duì)節(jié)目信息的搜索。此過(guò)程通過(guò)對(duì)單機(jī)的通道選擇來(lái)檢測(cè)。若依次選擇好UB、衛(wèi)星、極性、本振的組合后,進(jìn)行節(jié)目搜索和換臺(tái)等操作,機(jī)頂盒均能夠正常工作,則表明,系統(tǒng)可以正常選擇通道并完成對(duì)信號(hào)傳輸。
3.3 DISEQC命令重發(fā)等待機(jī)制
由于各機(jī)頂盒使用同一根下行線纜來(lái)傳輸DISEOC信號(hào)和下行反饋信號(hào),且各DISEQC命令都加載在22 kHz的頻率上進(jìn)行傳輸,當(dāng)通路中同時(shí)存在多個(gè)機(jī)頂盒發(fā)送的DISEQC命令時(shí),線纜中的信號(hào)將產(chǎn)生沖突而無(wú)法辨識(shí)。為解決這一問(wèn)題,本方案采取命令重發(fā)方式,重發(fā)等待時(shí)間由線性反饋移位寄存器獲得,如圖5所示。
開(kāi)機(jī)時(shí),各移位寄存器的初始值如圖5所示,其后4位的賦值是系統(tǒng)SCR芯片個(gè)數(shù)的二進(jìn)制表示。當(dāng)用戶換臺(tái)成功時(shí),移位寄存器進(jìn)行移位操作但不重發(fā)命令。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到發(fā)生沖突時(shí),系統(tǒng)把各機(jī)頂盒所取的UB值(0~7)加1賦給移位寄存器后4位,前3位數(shù)據(jù)保持不變。此時(shí),由移位寄存器所構(gòu)成的7位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)與27相除得到的值就是隨機(jī)等待時(shí)間,單位為秒。由機(jī)頂盒將配置參數(shù)發(fā)送到ST7LNB1,由ST7LNB1根據(jù)機(jī)頂盒上傳參數(shù),控制本模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理。
4、小結(jié)
系統(tǒng)對(duì)常用的高頻頭電路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和功能提升,使僅能處理高頻/低頻、水平/垂直、衛(wèi)星A/B所形成的8路組合中的一路高頻頭電路,能根據(jù)多個(gè)用戶的手動(dòng)設(shè)置同時(shí)處理多路信號(hào)。一方面具備多路獨(dú)立的降頻處理電路,另一方面使用多個(gè)SCR芯片對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行獨(dú)立的移頻處理。設(shè)計(jì)中經(jīng)過(guò)降頻和移頻處理后得到的信號(hào)頻率在950~2 150 MHz范圍內(nèi),不會(huì)產(chǎn)生頻率復(fù)用重疊干擾,復(fù)用信號(hào)能被機(jī)頂盒軟硬件系統(tǒng)正確無(wú)誤地分離和處理。本設(shè)計(jì)常用于家庭多機(jī)和目前高端市場(chǎng)流行的PVR機(jī)頂盒。不但可節(jié)省開(kāi)關(guān)器件和線纜,降低系統(tǒng)的安裝成本和安裝難度,還能保證在采用單根下行線纜時(shí)支持對(duì)各頻點(diǎn)上節(jié)目的處理。
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