地面数字电视机顶盒 (DMB-TH) 简介

地面数字电视机顶盒(DMB-TH)简介成都康特（电子）集团公司最近推出了一款基于DMB-TH标准的高性能、低价格的地面数字电视机顶盒。

这款机顶盒完全符合中国数字电视地面广播传输系统标准GB20600-2006。

该机使用了凌讯科技公司与清华大学联合开发的时域同步正交频分复用（TDS-OFDM）解调芯片LGS8813和NEC公司开发的MPEG-2解码芯片EMMA2LL，具有接收灵敏度高、用户界面友好、操作简便实用、工作稳定可靠等优点。

该机还预留了很多接口，可根据市场发展和用户需要进一步扩展功能。

一、DVB-TH地面数字电视传输系统的原理DMB-TH采用了PN序列填充的时域同步正交频分复用（TDS-OFDM）多载波调制技术，这种独特的先进技术有机地将信号在时域和频域的传输结合起来。

在频域传送有效载荷，在时域通过扩频技术传送控制信号以便进行同步、信道估计，实现快速码字捕获和稳健的同步跟踪性能。

正交频分复用（OFDM）是一种多载波调制方式，其基本思想是把高速率的信源信息流变换成低速率的N路并行数据流，然后用N个相互正交的载波进行调制，将N路调制后的信号相加即得发射信号。

在所传输的频带内，当许多载频并行传输一路数据信号时，要比串行传输更大地扩展了信号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落方面的性能。

OFDM采用的基带调制为离散傅立叶变换，数据的编码映射是在频域进行，经过逆快速傅立叶变换（IFFT）转化为时域信号发送出去，接收端可通过FFT恢复出频域信号。

OFDM系统用离散傅立叶变换来实现，即避免了直接生成N个载波时由于频率偏移而产生的交调，而且便于利用超大规模集成电路（VLSI）技术。

传统的OFDM调制方式存在某些缺陷，插入强功率同步导频会使传输系统的有效性、可靠性蒙受损失。

基于PN序列扩频技术的高保护同步传输技术和巧妙利用OFDM保护间隔的填充技术克服了这种缺陷，同时提高了传输系统的频谱利用效率和抗噪声干扰性能。

新的TDS-OFDM信道估计技术还克服了信道估计迭代过程较长的不足，提高了移动接收性能。

DMB-TH采用了一种新的错纠编解码（FEC）技术-LDPC，成功地避开了国外专利保护，获得了比ATSC更好的系统误码性能。

DMB-TH还针对其他标准无法支持双向互动、互连网扩展等问题，进行了支持互连网的扩展设计，以便适应未来信息的数字化、多样化和多媒体化拓展。

在现有数字电视无线广播基础上可进一步扩展互连网业务、组播、点播、导呼等增值业务，甚至进而拓展视频、数据和语音等综合、交互、移动和便携方面的应用。

针对数字视音频产业已有的成果，DMB-TH设计了灵活的接口方案，支持国际上通用的MPEG2-TS数据流格式，可以支持任何类型的数据压缩和数据格式。

DMB-TH还采用了不同于已有数字电视技术标准的与自然时间同步的分层复帧结构来支持单频网。

单频网不但能够更好地支持移动数字电视服务，而且能够解决单个发射机无法覆盖的盲区问题。

由于DMB-TH不需要象DVB-T那样浪费很多导频信号来进行同步和均衡，因此在同样条件下其有效载荷传输能力比DVB-T高10%。

这使得在同样的无线频谱内能够提供更高的数据带宽。

DMB-TH比DVB-T的接收门限低2dB，接收灵敏度大大提高，因此DMB-TH在同样的发射条件下能够覆盖更大的区域。

DMB-TH能够在大于200公里时速的超常规速度的载体上正常接收高清晰度的数字电视信号，正是因为DMB-TH采用的时域快速信道估计技术，使系统同步和信道估计时间比DVB-T缩短约100倍左右，这为地面数字电视广播在各种载体上进行接收提供了有利条件。

DMB-TH严格与绝对时间同步的帧结构，比DVB-T的同类设备更容易实现同时同频发送同一信号的单一频率网络，节约我国宝贵的不可再生的无线频率资源，同时可确保在更大范围的城域、省域内支持移动接收的单频网。

DMB-TH独特的信号帧结构，可以融合多业务广播。

DMB-TH在解决了数字高清晰度电视传输问题的同时，将给高度信息用户接入和移动通信领域带来新的发展空间。

这些新的业务主要包括：可进一步扩展互连网应用；增加组播、点播、导呼业务；拓展视频、语音、数据等综合的和交互的应用业务；开发更加便携的移动接收业务；进一步开发接收机定位业务。

二、系统组成及工作原理康特STB1108数字地面广播机顶盒的硬件电路主要包括：数字地面Tuner、DMB-TH解调器、MPEG-2解码芯片及其外围电路等。

图1 STB1108机原理框图该机的数字地面Tuner采用了夏普公司为支持DMB-TH标准而开发的VA1T1ED6060，该Tuner相位噪声低，片内带有SAW滤波器，接收频率范围为426MHz－862MHz，固定输出36MHZ中频信号，具有接收灵敏度高、工作稳定可靠的特点。

该TUNER用来将天线接收的地面传输信号通过内部增益等电路的变换，输出IF中频模拟信号。

TDS-OFDM解调器采用凌讯科技公司开发的LGS-8813-A1，该解调芯片全面支持DMB-TH地面传输标准，用于将中频数字信号解调后输出8位并行的数字传输流（TS流）。

MPEG-2解码器采用NEC公司开发的EMMA2LL单芯片解码器，主要用来对解调后的TS流进行解复用和解压缩，输出视频信号和音频信号。

RF信号输入后，先由地面数字电视调谐器进行低噪声放大、滤波和变频处理，将其转换成中频模拟信号。

由于A/D转换器要求输入信号的幅度基本保持稳定，在中频放大器中加入了自动增益控制（AGC）电路。

当中频信号输入端的信号强度发生变化时，AGC自动控制前置放大器和中频放大器的增益，使输出的中频信号电平基本保持稳定。

调谐器输出的中频模拟信号经过A/D转换电路（AD9203）转换为中频数字信号，送到TDS-OFDM解调器，由解调器转换成基带信号，再按DMB-TH技术条件进行TDS-OFDM解调、频道估值、去交织、前向误码校正（FEC）等一系列处理，成为符合MPEG-2标准的数字传输码流。

解码芯片读取数字传输流，通过硬件解复用，解出音视频基本流，存储在片外SDRAM中。

视频解码模块从视频压缩数据区中取出压缩数据，经过变长码解码、反量化、反余弦变换、运动补偿、数据合并，产生视频图像数据，存储在视频图像数据缓冲区中。

播放模块从视频图像数据缓冲区中取出视频图像数据，与菜单显示OSD（On Screen Display）数据混叠后输出支持CVBS、S-VIDEO、YpbPr 等格式的视频图像。

音频解码模块从音频压缩数据缓冲区中取出压缩数据，经过解码、子带滤波，产生音频PCM数据，存储在音频PCM数据缓冲区中，播放模块从音频PCM数据缓冲区中取出音频PCM数据，再经片内的音频DA转换器转换成模拟的立体声音频信号。

三、TDS-OFDM解调芯片LGS-8813-1ALGS-8813-1A是一个单片TDS-OFDM（时域同步-正交频分复用）解调器。

该解调器完全兼容于DMB-TH（数字多媒体地面广播）标准，可用来设计电视接收机或数字机顶盒。

该芯片以数字IF信号作为输入信号，按DMB-TH标准进行解调，然后以并行或串行方式提供MPEG-2传输流输出。

1、特征（1）兼容于DMB-TH的优化单片解调器；（2）脉冲噪声、回波、衰减等条件都优化为具有最大的信号弹性；（3）为固定和移动应用支持64QAM、16QAM和QPSK副载波；（4）FEC速率为0.4、0.6或0.8，防护间隔为420（1/9）和945（1/4）；（5）支持时间去交织；（6）以并行或串行方式输出MPEG-2传输流；（7）自动发现与更新参数；（8）误码率与信号噪声监视相结合；（9）快速I2C总线支持八个地址；（10）128脚LQFP封装形式。

2、帧结构DMB-TH信号最基本的单元为帧。

每帧有3744个携带有效数据的符号和36个携带传输参数信号（TPS）的符号。

TPS携带诸如FEC内码、时间去交织长度等信息，这些信息使解调器自动与输入的传输信息相适应。

信号帧由数据加防护间隔组成。

防护间隔的长度可用帧长度除以9得到（420个符号），也可用帧长度除以4得到（945个符号）。

一个信号帧的持续时间约为1分钟。

每组信号帧可加上一个可选的控制帧，每个控制帧由两个带PID0X17的188字节的MPEG-2包组成。

控制帧与信号帧中的静止信号帧不同，静止信号帧由于没有任何交织，即使它以16QAM或64QAM发送，都是用4QAM调制和0.4FEC 处理，控制帧总是设计成零帧。

对于8MHz带宽，420防护间隔时间为0.1/（8*225），约55.56µs；945防护间隔时间为0.2/（8*200），约125µs。

3、前向误码校正内部FEC取决于三个类似循环的LDPC码（QC-LDPC）：LDPC（7493，3048）、LDPC（7493，4752）和LDPC（7493，6096），分别对应0.4、0.6和0.8的FEC速率。

对于外部FEC，BCH（762，752）是BCH（1023，1013）截短了的BCH码，其生成多项式为：X^10+X^3+1。

TDS-OFDM调制用伪随机二进制序列（PRBS或PN序列）对有效载荷加扰，序列为32767个符号长度（或PN-15）。

加扰在FEC编码之前由调制器完成。

在解调器中，应恢复PN-15序列并用来解码有效载荷。

在传统的OFDM调制中，信道估计和同步信息与有效载荷混合在一起。

在TDS-OFDM调制中，该信息由分开的PN序列携带，并在防护间隔中分开传输。

有效载荷可在频域内表达，每帧有3780个分别用1.5、1.75或2KHz（分别对应6、7或8MHz信道带宽）隔开的副载波。

420防护间隔包括255位PN序列和跟随在后面的165个重复的PN序列符号，945防护间隔包括511位PN序列和跟随在后面的434个重复的PN序列符号。

防护间隔信息只与时域相关，从频域观点去看，在所占带宽内有平坦的频谱。

4、I2C接口每个解调芯片有四个可用的I2C从地址，三位地址由CE-A2、CE-A1和CE-A0选择，在芯片内三个不同的区域里访问寄存器。

每个区域都有自己的I2C区域地址，由SECTION-SELECT[1：0]设置，所有区域都共享CE-A2、CE-A1和CE-A0。

5、时间去交织存储器接口在最大时间去交织上，解调器使用945720个符号，因此需要22913280位存储单元。

为了适应通用的SDRAM，便在1909400区域内把数据折成13位字长，这就需要2M*16的外部SDRAM来支持时间去交织。

要求存储器的运行速度必须大于100MHz。

6、MPEG接口解调器以并行或串行方式提供MPEG-2传输码流。

在并行方式中，八位传输流数据输出到MPEG-D7（MSB）~MPEG-D0（LSB）；SYNC信号在每个包的第一个字节（0X47）期间为高，其余时间为低；VALID信号只在数据有效期间为高，其余时间为低。