569_Fal'ko_A._I._Proektirovanie_Radiobloka_Priemnika

3.ДЕМОДУЛЯТОР И КОРРЕКТОР ОШИБОК

Всостав радиоблока кроме селектора каналов входит демодулятор сигналов OFDM/QAM, деперемежитель и корректор ошибок. Конструктивно это обычно одна микросхема-процессор. Рассмотрим особенности работы на примере микросхемы-демодулятора четвертого поколения DRX3975D фирмы MICRONAS [1,4]. Структурная схема приведена на рис.3.1.

Сигнал с тюнера на промежуточной частоте преобразуется десятиразрядным АЦП в цифровую последовательность. Причем микросхема может использовать различные промежуточные частоты от 4 до 44 МГц. Далее после входного блока происходит собственно демодуляция сигналов OFDM/QAM в блоке преобразования Фурье. Результаты демодуляции заносятся в память. Встроенный микропроцессор позволяет демодулировать сигналы во всех возможных режимах системы DVB-T (DVB-T2). Он обеспечивает полностью автоматическую и быструю перестройку каналов метровых и дециметровых диапазонов (сканирование менее чем за 20 с). Процессор автоматически определяет все параметры сигнала OFDM/QAM и канала: частотный офсет, полосу пропускания, инверсию спектра, режим OFDM (2к/8к), защитный интервал, вид созвездия, код, иерархию.

Тактовый сигнал/кварц

Устройство

ФАПЧ

АРУ РЧ

Блок

памяти

АРУ ПЧ

Входы I и Q

АЦП

Входной

Блок

Блок

Узел

блок

преобразо-

памяти

оценки

вания Фурье

канала

Измерительные

входы

SCLT

Интерфейс

Блок

Декодер

Декодер

Выходной

обратного

I²C

шины I²C

Витерби

Рида -

транспортный

SDAT

перемежения

Соломона

поток

SDA I²C SCL

SCL – тактовый сигнал последовательной шины;

SDA – сигнал данных последовательной шины;

SDAT – сигнал данных второй последовательной шины;

SCLT – тактовый сигнал второй последовательной шины;

Рис. 3.1. Структурная схема микросхемы-демодулятора DRX3975D

11

Микросхема имеет входной последовательный интерфейс (типа I²C) для управления селектором. Выходной сигнал формируется в последовательном и параллельном интерфейсе транспортного потока MPEG-TS.

Узел оценки канала с применением пилот-сигналов является наиболее важным блоком («сердцем») микросхемы DRX3975D. При оценке канала используются прогрессивные цифровые алгоритмы, что позволяет принимать сигнал с высоким качеством.

В блоке обратного перемежения (деперемежения) происходит декорреляция пакетов ошибок, что облегчает исправление ошибок в декодерах Витерби и Рида-Соломона. В результате достигается высокая достоверность

приема (с вероятностью ошибки Pош 10 12 ).

Аналогичные микросхемы демодуляторов выпускаются для систем DVB-C

и DVB-S/S2. Например, фирмой Silicon Laboratories (http://www.silabs.com)

производится семейство микросхем Si2107-Si2110 [11], фирмой LSI Logic (http://www.lsilogic.com) – микросхема L64734 для систем DVB-S/S2 [10], фирмой Zarlink Semiconductor (http://www.zarlink.com) – ZL10210 для систем

DVB-С [12]. Некоторые микросхемы позволяют работать в нескольких системах стандарта DVB. Примером может служить микросхема демодулятора Si2169-B40, предназначенная для работы в системах DVB-C/T/T2/S/S2 [13].

12

4. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ РАДИОБЛОКА

Исходные данные для разработок:

диапазон принимаемых частот приемника;

полоса пропускания;

чувствительность при заданном отношении средних мощностей сигнала

ишума;

избирательность по соседнему и зеркальному каналам.

Исходные данные даются в задании на курсовой проект или выбираются автором (особенно если заданы не все необходимые для расчета данные).

Разработка структурной схемы радиоблока предполагает выбор структурной схемы тюнера, т.е. выбор одного из вариантов рис.2.1-2.3, расчет коэффициента усиления линейной части тракта, необходимого для нормальной работы демодулятора, выбор элементной базы радиотракта, составление структурной схемы радиотракта для выбранной элементной базы. Структурная схема должна содержать развернутую схему тюнера с указанием вида фильтров, усилителей, согласующих цепей и т.д., демодулятора (чаще всего вместе с деперемежителем и корректором ошибок). На структурной схеме должны быть указаны названия микросхем («корпусов»), частот, усиления и т.д.

Если разработчик выбирает цифровой демодулятор, то АЦП будет стоять до демодулятора на выходе тюнера, тогда усиление линейной частоты тракта будет определяться необходимым уровнем сигнала для работы АЦП.

4.1.Методика разработки структурной схемы радиоблока

1.Рассчитывается требуемый коэффициент усиления тюнера.

Здесь возможны два варианта:

чувствительность приемника задана в Т3;

чувствительность не задана в Т3.

Если чувствительность задана, то определяется коэффициент усиления тюнера до демодулятора (или АЦП). На СВЧ чувствительность принято выражать в единицах дБм, т.е. в дБ по отношению к 1мВт:

PА(дБм) 10lg PА(мВт).

Усиление тракта до демодулятора (АЦП) в дБ будет определяться разностью мощностей (в дБм) требуемый для работы демодулятора (АЦП) и заданной чувствительностью:

KЗ(дБ ) P(дем ) PА(дБм ) , (дБ).

(4.1)

Если чувствительность приемника не задана в Т3, то рассчитывается реальная чувствительность и требуемый коэффициент усиления для получения реальной чувствительности. Заметим, что расчет реальной чувствительности представляет интерес, даже если чувствительность задана в исходных данных на проектирование.

13

2. Расчет реальной чувствительности.

Исходными данными для расчета являются полоса пропускания линейного тракта приемника, коэффициент шума приемника, отношение средних мощностей сигнала и шума на входе демодулятора (даются в задании или определяются разработчиком).

Реальная чувствительность вычисляется по формуле [6]:

P	kTП	Шh2 ,	(4.2)
A( Вт )	( Гц )

здесь k 138, 10 23Дж/K – постоянная Больцмана;

T290К – абсолютная температура;

П– полоса пропускания (Гц);

Ш – коэффициент шума приемника (в относительных единицах); h2 – отношение средних мощностей сигнала к шуму (отношение

синал/шум).

Если коэффициент шума не задан, его необходимо определить. Общая формула для определения коэффициента шума приемника имеет вид [6]:

Ш

1

Шурч

1

Шпр

1

Шурч

Шурч

Шф

,

(4.3)

Кр ф

Кр ф

Кр ф

Кр фКр урч

здесь Шурч – коэффициент

шума

усилителя

радиочастоты (УРЧ);

Кр ф –

коэффициент передачи по мощности входного фильтра; Шф – коэффициент

шума входного фильтра (перед УРЧ), он определяется потерями в рабочей полосе частот входного фильтра Шф 1/ Кр вц . Обычно коэффициент усиления

по мощности УРЧ Курч достаточно большой, поэтому иногда можно

пренебречь шумами преобразователя частоты и последующих каскадов. Исходя из (4.3) уже на этом этапе необходимо начать выбор элементной

базы (фильтра, УРЧ и т.д.), исходя из требований к фильтру по избирательности, потерь в рабочей полосе, выбор УРЧ по усилению и коэффициенту шума.

3. Расчет необходимого усиления тюнера.

Выбирается структура селектора каналов по рисункам 2.1 – 2.3. Для выбранной структуры усиление радиотракта определяется выражением

Кр КрфКрурчКрсуКрсмКрфосКрупч... .				(4.4)
В децибелах
Кр( дБ ) Кр ф(дБ ) Кр урч( дБ )	Кр су(дБ )	Кр см(дБ ) Кр упч(дБ )	... .	(4.5)

Змаметим, что потери в согласующих цепях (СЦ) обычно менее 0,05 дБ, поэтому в (4.4) и (4.5) ими можно пренебречь.

В тракте с двойным преобразованием частоты (рис. 2.1) будет два смесителя и два фильтра промежуточной частоты, что должно учитываться при расчетах по формулам (4.4) и (4.5).

14

При прямом преобразовании (на нулевую промежуточную частоту, рис.2.2) фильтром основной селекции (ФОС) будет ФНЧ, усилителем нулевой промежуточной частоты может быть операционный усилитель.

4. Составление структурной схемы радиоблока.

Выбирается элементная база согласно исходным данным для разработки в соответствии с диапазоном принимаемых частот приемника, полосы пропускания, чувствительности, избирательности и т.д.

При этом следует иметь в виду, что производители могут выпускать разные варианты микросхем радиоблока:

в одном корпусе селектор каналов и демодулятор OFDM/QAM с декодерами (Витерби и Рида-Соломона);

отдельно (в разных корпусах) селектор каналов и микросхема –

процессор демодулятора с декодерами.

Поскольку для составления принципиальной схемы необходимы микросхемы со схемой включения (с «обвязной»), то целесообразно при выборе элементной базы уже на этапе составления структурной схемы, подбирать микросхемы с учетом дополнительных цепей (питания, коррекции, стабилизации и т.д.)

4.2. Пример расчета реальной чувствительности приемника и требуемого усиления тюнера

Исходные данные:

Полоса пропускания П 8МГц при неравномерности в полосе –3 дБ. Коэффициент шума приемника Ш 7дБ (5 относительных единиц). Отношение средних мощностей сигнала и шума h2 10 (при QPSK

Pош 10 3 ).

Расчет:

1.По формуле (4.2) реальная чувствительность

РА kTПШh2=1,38 10 23 290 8 106 5 10 1,65 10 12 Вт.

Отсюда в мВт

РА( мВт ) 103 РА( Вт ) 1,65 10 9 мВт.

В единицах дБм

РА(дБм ) 10 lgPA мВт 10 lg 165, 10 9 88дБм.

Вединицах ЭДС (при RA=75 Ом)

ЕА( В ) 4RА(Ом ) PА( Вт ) 4 75 1,65 10 12 22мкВ.

2. Предположим, что на вход демодулятора надо подать сигнал уровнем 1мВт (0дБм), тогда согласно (4.1) усиление тракта от входа приемника до демодулятора должно быть

15

КР Pдем - РА(дБм ) дБ 0дБм – -88дБм 88дБ.

Большее усиление нецелесообразно, а при меньшем усилении будет хуже чувствительность. Далее надо выбрать схему тюнера (рис. 2.1 – 2.3) и элементную базу для получения усиления 88 дБ.

Завершающим этапом разработки радиоблока цифрового ТВ-приемника является составление принципиальной схемы. Для этого, в соответствии со структурной схемой, построенной по выбранной элементной базе, определяется необходимость дополнительного УРЧ (перед микросхемой селектора каналов) и согласующих цепей, например, между входом для подключения антенны и входным фильтром, между входным фильтром и УРЧ, между УРЧ и входом смесителя. Заметим, что УРЧ может отключаться по команде с микроконтроллера при большом уровне сигнала на входе радиоблока.

Поверочный электрический расчет УРЧ можно выполнить по методике [7]. После этого расчета составляется принципиальная схема радиоблока со всеми внешними цепями: питания, коррекции и т.д., по рекомендациям производителя элемента. Дается подробное описание принципиальной схемы и перечень элементов по ГОСТ.

Завершается разработка заключением и указанием списка литературы. При необходимости в приложении приводится список принятых сокращений, справочные данные элементов, примененных в разработке.

16

Литература

1.Мамчев Г.П. Теория и практика наземного цифрового телевизионного вещания: Учебное пособие/СибГУТИ – Новосибирск, 2010. – 340 с.

2.Телекоммуникационные системы и сети. Т.2/ под редакцией Шувалова В.П. – Новосибирск : ЦЕРИС, 2000. – 624 с.

3.Мамчев Г.П. Спутниковое непосредственное телевизионное вещание: Учебное пособие/СибГУТИ, 2002. – 228 с.

4.Хохлов Б. Цифровые демодуляторы фирмы MICRONAS для входного блока цифрового телевизора.COFDM – демодулятор DGRX3975D//Радио – 2006. – №10. – с. 17-18.

5.Хохлов Б. Новые селекторы каналов для цифровых телевизоров// Радио – 2007. - №4. – с. 10-13.

6.Фалько А.И. Основы радиоприема: Учебное пособие/СибГУТИ. – Новосибирск, 2012. – 261 с.

7.Фалько А.И. Расчет преселекторов радиоприемных устройств: Учебное пособие/СибГУТИ. – Новосибирск, 2009. – 145 с.

8.MAX2112. Complete, Direct-Conversion Tuner for DVB-S2 Applications. http://www.maximintegrated.com/en/products/comms/wireless-rf/MAX2112.html

9.Si2151/41 6th Generation Silicon TV Tuner ICs. http://www.silabs.com/products/video/hybrid-tv-tuner/Pages/si21x1.aspx

10.L64733/L64734. Tuner and Satellite Receiver Chipset.

http://pdf.dzsc.com/L64/L64733.pdf

11.Si21xx Satellite Receivers product family for direct broadcast satellite (DBS). http://www.silabs.com/products/audio/satellitestb/pages/default.aspx

12.ZL10210. DVB-C Cable Channel Demodulator. http://datasheet.seekic.com/PdfFile/ZL1/ZL10210_ZL10210GC_ZL10210GP1N.pdf

13.Si2169-B/ DVB-T2/T/C/S2/S Digital Demodulator. http://www.silabs.com/products/video/demodulator/pages/si2169.aspx

17

Учебное издание

Фалько Анатолий Иванович

Проектирование радиоблока приемника цифрового телевизионного вещания

Учебно-методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию

Редактор: М.С. Шушнов Корректор: И.Л. Гончарова

Подписано в печать 08.04.2015,

формат бумаги 60x84/16, отпечатано на ризографе, шрифт 10, изд. л. 0,6, заказ № 53, тираж 80 экз.

630102, г. Новосибирск, ул. Кирова, 86, офис 105 тел. [phone]

Издательство СибГУТИ

18