车载移动电视接收系统方案.doc

车载移动电视接收的系统方案 Dr.Axel Zimmermann Dr.Ing. Wolfgang Sautter 在柏林推出的DVB T（地面数字广播）数字电视也已经影响到汽车娱乐系统中的电视接收。现在，汽车电视接收机不仅能够接收模拟电视信号（它仍将在城市以外的地区继续存在数年），而且也能够接收和处理DVB T信号。Hirschmann Electronics已经开发出基于FPGA的“混合电视接收机”，以满足此类新兴的需求。新的混合接收机还采用了改进的分集算法，获得更好的模拟接收质量。 最初规划的模拟电视发射机是面向固定的家庭用户，在屋顶上安装定向天线就可以收到清晰的图像。然而，用于移动电视接收的天线通常安放得都更低。不仅天线高度不一，而且由于接收的信号随着汽车的运行路线不断地变化，在这种情况下也无法使用定向天线。另外，由于信号经建筑物或其它车辆的散射和折射，接收的信号会相互叠加。这样会导致信号的损失（Rayleigh幅度分布）。 德国（柏林）第一代DVB T网络是为便携接收而不是移动接收而设计的。因此，要获得令人满意的车内电视接收效果需要具有多天线的“分集”系统。例如，使用“扫描分集”技术，系统自行控制在不同天线之间切换，选择具有最高接收电平的天线。对于模拟电视，因为视频和声音的载波相差5MHz，且受到不同源的干扰，所以可以分别对视频和声音进行这种切换。 Hirschmann的接收机为叠加接收信号的模拟电视设计了一个改良的专用过程。首先扫描信号，然后对时间同步，之后测算每个独立信号的质量。采用这种测试方法确定“权重因子”。这些权重因子乘以每个接收信号。这种处理过程得到的信号比单一的最佳接收信号具有更好的信噪比。 DVB T接收机天线采用MRC（最大比值合并）分集。采用这种方式，将最佳的载波信号组合形成输出信号，即使车辆的运行速度超过100Km/h（60mph）也能确保汽车电视获得良好的接收质量。 频率分集的作用独立于天线分集：在接收过程中，Hirschmann混合电视接收机无需对用户部分作任何操作，就扫描发射机情况。如果发现某个信道承载同样的内容，但接收质量更好，设备会自动切换到这个新的信道。这样用户就可以在旅行过程中连续不断地观看节目，而不必当汽车经过某个发射台覆盖范围时手动调谐。 接收机体系 电路框图是采用三路接收的Hirschmann混合电视接收机示例。虽然系统可以增减可能的接收通道数量，一般推荐两至四个通道。接收通道数量越多会改善接收质量，但同时也会增减系统硬件和软件复杂性。 调谐器使用的输入信号是从集成天线接收到的RF信号――碟形天线通常通过受控放大器接到单独的调谐器上。调谐器是混合调谐器，可接收任何标准的模拟信号和DVB T信号。对于模拟接收，调谐器中会集成相应的解调器。在模拟接收过程中，模数转换器扫描模拟视频和音频信号，将其送往混合接收机的FPGA器件。 在DVB-T接收过程中，编码正交频分复用器（COFDM）解调器将送出MPEG数据流。独立的COFDM解调器连接在一起，实现所需的MRC分集，优化MPEG数据流。MPEG解码器从MPEG数据流中提取出视频、音频和数据信号。然后这些信号也送往FPGA。MPEG解码器连接着外部SDRAM存储器。 用FPGA进行数字信号处理 所有的数字信号处理，包括模拟视频和声音的天线分集、基带声音处理、电文译码和其它数据内容如视频节目系统（VPS）、管理和存储SDRAM存储器中的这些信息以及通过串口和控制主机通信等，都可以在Altera Cyclone EP1C12 FPGA中完成。Cyclone FPGA不仅提供了逻辑和算术功能，其中的RAM也可以用于诸如FIFO等功能。 Hirschmann分集接收机的设计者充分利用Altera的开发工具，创建支持系统功能所需的复杂单元。例如，Altera的FIR编译器能自动生成有限冲激响应滤波器（FIR），SOPC Builder工具能生成控制器系统。该控制器包括Nios嵌入处理器，以及RAM、串口和SDRAM控制器。FPGA的配置数据存放在EPCS4串行Flash存储器中，当接收机打开时加载到FPGA中。 FPGA处理的图形数据发送给数模转换器，在电视屏上显示模拟信号。从FPGA送出的音频数字信号送给MOST接收机，然后送给MOST总线。当用户通过MMI输入控制指令，这些指令也会通过MOST总线发送给收发信机。主机控制器和接收机的可配置部分之间进行通信，管理整个系统的控制功能。 低成本的FPGA Hirschmann电视接收机中使用的低成本Cyclone EP1C12器件有12,000多个逻辑单元和234Kbit的嵌入存储器。该系列中的所有五个器件都有汽车温度范围（-40°C至+125°C）的产品。这些器件中的嵌入存储器由多个4,608