尋星時(shí)衛(wèi)星數(shù)字電視接收機(jī)的信號檢測功能

尋星時(shí)衛(wèi)星數(shù)字電視接收機(jī)的信號檢測功能

我們在尋星時(shí)，數(shù)字機(jī)自身有一些檢測顯示，如信號強(qiáng)度、信號質(zhì)量（均有紅色橫條顯示）、糾錯等，這些顯示反映的是接收機(jī)的什么功能指標(biāo)，在仔細(xì)閱讀本文后，便會獲得答案。

為了便利廣大用戶（接收者）對衛(wèi)星數(shù)字電視信號的接收，衛(wèi)星數(shù)字電視接收機(jī)設(shè)置了多項(xiàng)信號檢測功能，包括信號強(qiáng)度和信號質(zhì)量的接線指示、卷積收縮率的自動選擇、信號鎖定指示等。在對信號進(jìn)行自動檢測的基礎(chǔ)下，還可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了對接收信號的自動搜索，即所謂的“盲掃”（blindsCAN）。對于廣大的非專業(yè)的接收者，“盲掃”功能可以大大方便他們的收視，在免去了對接收機(jī)進(jìn)行繁瑣操作的情況下仍可很快搜索到并存儲要看的節(jié)目。衛(wèi)星數(shù)字電視接收機(jī)的這些信號檢測功能除了滿足自身接收的需要，還可用于數(shù)據(jù)采集，通過串行數(shù)據(jù)接口將有關(guān)的檢測數(shù)據(jù)輸出，應(yīng)用于其它的目的，如如雨衰時(shí)上行地球站上行功率的自動提升、對干擾信號的判別等。

對接收信號的檢測主要是在調(diào)諧順（Tuner）中完成的，并借助于接收機(jī)的主控CPU參檢測信號進(jìn)行處理。調(diào)諧器可劃分為兩大部分，一是調(diào)諧電路，二是鏈接（Link）電路。Link電路由一片集成電路構(gòu)成，如意法半導(dǎo)體公司的STV0299和STV0399以及卓聯(lián)半導(dǎo)體公司的MT312等芯片；過去的調(diào)諧電路都是由分立元件構(gòu)成的，現(xiàn)在也有單片的，如意法半導(dǎo)體公司的STB6000和卓聯(lián)半導(dǎo)體公司的ZL10036等芯片。Link電路中有數(shù)以百計(jì)的寄存器，用來暫存檢測數(shù)據(jù)，主控CPU通過I2C總線調(diào)用這些數(shù)據(jù)，完成統(tǒng)計(jì)和判斷。調(diào)諧器的電路結(jié)構(gòu)，灰色框內(nèi)的部分就是Link電路。下面結(jié)合該框圖解析各信號的檢測點(diǎn)和檢測的原理。

信號強(qiáng)度的指示

信號強(qiáng)度是通過AGC電平的對應(yīng)關(guān)系。從AGC電路取出信號，并將其真值轉(zhuǎn)換成對數(shù)顯示出來，就得到用分貝數(shù)值表示的信號強(qiáng)度了。當(dāng)然也可用發(fā)光二極管電平指示器或是條狀圖來顯示信號強(qiáng)度，這可使用用戶直觀地了解接收信號的場強(qiáng)大小。但僅靠這個指示，用戶還無法確定接收的是有用信號還是噪聲之類的無用信號。所以信號強(qiáng)度指示往往要與載噪比（或稱信號質(zhì)量）指示結(jié)合起來觀察。

信號質(zhì)量（載噪比）的指示

載噪比指示能夠反映接收信號的質(zhì)量。它的原理是計(jì)算接收信號星座的離散性。對于傳輸信道中的噪聲，不論是加性的還是乘性的，都會導(dǎo)致星座的離散，且噪聲越大，離散性越大。所以對載噪比的檢測正是從計(jì)算星座的離散入手的（編者注：離散，這是一種高等數(shù)學(xué)語言，在這里可理解成離接收信號的差距）。對接收到的每個符號，都計(jì)算一下它的星座位置與理想位置的距離（矢量）di，然后求統(tǒng)計(jì)平均。顯然該統(tǒng)計(jì)平均值（離散度）越大，說明載噪比越差。

公式（1）是某種型號的接收機(jī)用來計(jì)算載噪比的經(jīng)驗(yàn)公式，它是以30000個符號做為統(tǒng)計(jì)樣本的。比如離散度的數(shù)值為7000，則算出載噪比約為9.2dB。

Eb÷No=（13312-離散度數(shù)值）÷683 （1）

除了噪聲以外，干擾信號也會導(dǎo)致星座的離散，所以，上面計(jì)算的載噪比中實(shí)際上也包括了載擾比的成份。信號強(qiáng)度指示和載噪比指示結(jié)合起來，以條狀的形式顯示在監(jiān)視器屏幕上，在尋星時(shí)特別有用。

QPSK解調(diào)之后（Viterbi卷積譯碼之前）誤碼率的檢測

卷積譯碼之前誤碼率的檢測主要用于自動尋找卷積收縮率。點(diǎn)劃線的左側(cè)是誤碼率檢測部分，將經(jīng)過卷積譯碼的數(shù)據(jù)再重新編碼，然后與未經(jīng)譯碼處理的延遲數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，統(tǒng)計(jì)一下兩者之間不一致的數(shù)據(jù)的數(shù)量，從而得到誤碼率。

如果卷積譯碼時(shí)使用的卷積收縮率有誤，則誤碼率是比較高的。反之，當(dāng)使用的收縮率正確時(shí)，誤碼率則會明顯降低。通過與預(yù)先存儲的誤碼率閾值進(jìn)行比較，如果誤碼率高于對應(yīng)的閾值，就說明使用的卷積收縮率不合適，需要改變卷積收縮率，直到誤碼率低于對應(yīng)的閾值，則認(rèn)為找到了正確的卷積收縮率。這樣就實(shí)現(xiàn)了卷積收縮率的自動搜尋。

由兩個寄存器配合工作，一個用來統(tǒng)計(jì)誤碼個數(shù)，一個用來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)間（周期）計(jì)數(shù)。每當(dāng)計(jì)數(shù)周期寄存器溢出時(shí)，則向主控CPU發(fā)出中斷請求，由該CPU完成誤碼率的統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

卷積譯碼之后的誤碼率

Viterbi卷積譯碼之后，即里德-所羅門譯碼之前的誤碼率的檢測過程。它是假定里德-所羅門譯碼前后對應(yīng)的數(shù)據(jù)比特，有差別的即認(rèn)為是錯誤比特。譯碼前后的204字節(jié)數(shù)據(jù)包，有陰影的字節(jié)中有出錯的比特。誤碼率的計(jì)算見公式（2）：

誤碼率=譯碼前后不相同的比特個數(shù)÷（測量時(shí)間×符號率×卷積收縮率×2）（2）

這個檢測點(diǎn)的誤碼率決定了接收信號的質(zhì)量能否達(dá)到“準(zhǔn)無誤碼”，只要該點(diǎn)的誤碼率小于10-4，則里德-所羅門譯碼之后信號的誤碼率將小于每小時(shí)1個比特，即“準(zhǔn)無誤碼”。但這個檢測點(diǎn)的結(jié)果對于數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)本身的接收沒有什么幫助，或者說，接收機(jī)本身并不使用這一結(jié)果。

里德-所羅門譯碼之后的誤碼率

這個檢測點(diǎn)的誤碼率的測定與上面的卷積譯碼之后的誤碼率檢測過程是相同的，只是這兒對比的是里德-所羅門譯碼前后不相同的字節(jié)個數(shù)。因?yàn)?a href="http://wenjunhu.com/tags/rs/" target="_blank">RS（204，188）糾錯碼的糾錯能力是8個字節(jié)，如果一個204字節(jié)包中的錯誤字節(jié)超過了8個，則認(rèn)為這個包未被校正。所以此處的誤碼率是用（錯）誤包率來計(jì)量的，計(jì)算方法見公式（3）。每當(dāng)出現(xiàn)一個未被校正的錯包，Link電路會發(fā)出一個錯誤指示，但并不終止后續(xù)MPEG-2解碼器的工作。

誤包率=（未校正的包的個數(shù)×204×8）÷（測量時(shí)間×符號率×卷積收縮率×2） （3）

接收載波頻率的盲掃

在盲掃之前需先確定掃描頻點(diǎn)的步進(jìn)間隔，比如設(shè)為6MHz，則對應(yīng)的捕捉范圍也就隨之確定下來，應(yīng)為不少于±3 MHz。假如起始掃描頻率為f0（實(shí)際的頻率一般是950MHz），在此頻率兩側(cè)開始搜索，則第二個掃描頻點(diǎn)為f0+6（MHz）。如果在這個頻點(diǎn)附近搜索到一個節(jié)目，載波頻率為f1，則下一個掃描頻點(diǎn)就成了（f1+6），以此類推。比如在頻點(diǎn)（f1+12）附近又搜索到載波f2，則下一個掃描頻點(diǎn)就變成了（f2+6）。就這樣，掃描頻點(diǎn)不斷地向高端推進(jìn)，直到接收頻段的上限（一般是2150MHz），最終完成對接收載波頻率的盲掃。

鎖定檢測

鎖定檢測包括兩個方面的內(nèi)容，一是載波鎖定檢測，二是時(shí)鐘鎖定檢測。

當(dāng)調(diào)諧器的本振信號與輸入載波實(shí)現(xiàn)了鎖相，就意味著調(diào)諧器可以進(jìn)行正常的QPSK相干解調(diào)，此時(shí)調(diào)諧器會輸出一個CF（Carrier recovery Flag）標(biāo)志。

當(dāng)QPSK解調(diào)出的數(shù)據(jù)信號穩(wěn)定后，時(shí)鐘得以正確地恢復(fù)，進(jìn)而對接收的符號進(jìn)行計(jì)數(shù)。眾所周知，204字節(jié)包中的（幀）同步字節(jié)是47H，但每過8個包翻轉(zhuǎn)為B8H。Link電路中使用了一個計(jì)數(shù)器對B8H進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，當(dāng)B8H正常出現(xiàn)時(shí)加1，丟失時(shí)減1，正向計(jì)數(shù)溢出時(shí)產(chǎn)生TF（Timing LOCk Flag）標(biāo)志。出現(xiàn)這個標(biāo)志意味著接收的TS流已經(jīng)實(shí)現(xiàn)同步，對于“盲掃”的接收機(jī)而言，確定了相鄰兩個B8H字節(jié)的時(shí)間間隔還意味著搜索到了接收信號的符號率，也就是完成了符號率的盲掃。

CF標(biāo)志和TF標(biāo)志進(jìn)行邏輯“與”，就產(chǎn)生了LK（LOCk）指示，即鎖定指示。只要衛(wèi)星接收機(jī)發(fā)出了鎖定指示，就提示用戶已經(jīng)穩(wěn)定地收到了節(jié)目。反之，當(dāng)接收機(jī)失鎖時(shí)，MPEG-2解碼器將停止解碼，同時(shí)機(jī)器發(fā)出失鎖告警，此時(shí)監(jiān)視器上將出現(xiàn)黑屏或靜幀。

綜上所述，衛(wèi)星數(shù)字電視接收機(jī)的各項(xiàng)信號檢測功能是為了滿足接收的需要。這些檢測功能均在主控CPU的控制下由Link電路來完成。所有的檢測結(jié)果還可通過串行數(shù)據(jù)輸出口輸出。對應(yīng)著STi5518芯片的串行I/O電路（RS-232接口），在衛(wèi)星數(shù)字電視接收機(jī)中，這個接口通常是用來下載升級軟件的。只要更改一下設(shè)置，這個接口就可輸出有關(guān)的檢測結(jié)果，提供給諸如雨衰控制器或干擾識別儀之類的設(shè)備做為參考信號。當(dāng)出現(xiàn)雨衰時(shí)，接收信號的電平和信噪比都會下降；當(dāng)遭到干擾時(shí)，接收信號的信噪比會下降，誤碼率則會上升。后置的儀器設(shè)備可把這些檢測結(jié)果做為判據(jù)，而此時(shí)的衛(wèi)星數(shù)字接收機(jī)就起到一臺數(shù)據(jù)采集器的作用。