高集成度、低功耗CMMB解决方案及其典型应用分析
时间：06-05
来源：电子系统设计
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中国移动多媒体广播电视(CMMB)标准作为中国自行研发、完全掌握自主知识产权的移动多媒体标准。与其他国外的手机电视技术相比，CMMB的多项技术处于国际领先水平。与传统广播相比，CMMB的主要特点是：（1）提供全数字电视/数字广播节目，综合信息和紧急广播服务，实现卫星传输与地面网络相结合的天地一体的无缝覆盖。（2）采用基于时隙的帧结构，极大的提高了接收终端的使用时间。（3）采用OFDM调制技术，LDPC/Reed-Solomon编码和深度交织技术，极大地提高了在复杂无线环境下的高质量移动接收性能。目前CMMB已达到可在时速250公里的条件下稳定接收广播电视信号。（4）采用统一的技术标准和统一运营，支持用户全国漫游。CMMB提供部分公益类免费广播电视节目，同时具备加密授权控制管理体系，提供付费类业务。
CMMB接收端方案主要特点
一个基本的CMMB接收终端包括四个主要部分：射频调谐器、基带解调器、多媒体处理器以及最后输出信号的显示屏和扬声器。主要应用领域包括：手机、便携电视、手持导航仪、PDA、MP4、笔记本电脑等小屏幕便携手持终端，以及汽车、火车、轮船、飞机上的移动信息终端。
针对市场需求，昆腾微电子推出高集成度的CMMB 接收端解决方案，包含完整CMMB射频调谐器及基带解调器，内部功能模块图如图2所示。该方案的主要特点如下。
CMMB射频调谐器
符合CMMB GY/T 220标准；采用零中频调谐器构架，无需外接SAW滤波器；单片调谐器同时支持地面发射塔的VHF/UHF频段,和卫星直播的L1，L2和S 频段；AGC动态范围：-102dbm ~ -10dbm；内置小数分频PLL频率合成器；内置低相位噪声宽频VCO；内置带宽可调的镜像抑制低通滤波器；内置射频及基带模拟可调增益放大器（PGA）；集成低压差稳压器（LDO），只需3.3V单电源供电；提供标准I2C控制接口；高组件集成度，减少外接元件；70mA超低工作功耗；超小尺寸QFN封装，适合便携式应用。
CMMB基带解调器
符合CMMB GY/T 220标准；内置高速10位数模转换器；支持所有8MHz BPSK/ QPSK / 16QAM的调制方式；内置4096点FFT单元，和LDPC/Reed-Solomon前向纠错（FEC）解码器；内置多路复用功能。可以同时接收一个控制信道和多至4路业务信道；支持灵活方便的时隙分配；业务信道的时隙分配可以任意配置；提供通用的SDIO 和 SPI 接口输出接收的MFS 码流；提供I2C接口和可编程I/O及中断，简化了与外部多媒体处理器的接口；内嵌高速MCU，可以进行器件工作状态初始化、控制和调度，以及信号质量监测；提供针对电视手机、PMP、和USB电视棒应用开发的SDK，大大加快了产品的开发；超低工作功耗和待机功耗。内嵌电源管理模块，支持多种待机模式；可以与昆腾CMMB调谐器以SiP的形式作为一个单模块；超小BGA封装。
图1 CMMB接收终端框图
各模块工作原理
射频信号处理：针对CMMB使用的VHF，UHF，和卫星直播频段，有相应的低噪声放大器（LNA）和射频可调增益放大器（混频器：采用零中频单级转换构架的混频器，无需外接SAW滤波器。
基带信号处理：包括带宽可调的镜像抑制低通滤波器，基带信号PGA。
单芯片集成：集成的低噪声VCO和小数分频PLL，降低了带内相位噪声。
ADC：内置一个高性能的10位ADC，对输入的I/Q两路差分基带模拟信号进行直接采样。
AGC控制：有两路AGC控制，分别用于射频PGA和模拟基带信号PGA。AGC环路通过采样信号和参考值之间的大小来产生AGC输出。
频率跟踪/频率矫正：此模块完成信号的频率跟踪，频偏修正, 采样率变换。
FFT：FFT模块执行快速傅立叶变换，将OFDM调制的时域信号变化到频域进行解调。
信标处理：模块进行同步和信道参数的估计。
OFDM符号处理：此模块完成对OFDM符号的处理。包括符号解扰，信道估计与均衡，传输指示信息解调等。其中，传输指示信息用来指示当前的时隙信息，以及指示广播信道物理层配置参数变更。完成解扰和均衡的频域信号被送到下一个模块进行解调。
解映射和FEC解码：此模块完成BPSK/QPSK/16QAM的星座图解映射。解映射之后的输出被送入LDPC及RS的解码器解码。首先，LDPC解码器完成LDPC码字的解码，并将负荷数据填充到RS的字节交织器中。然后，RS解码器完成RS的解码工作。
MFS码流提取：根据外部多媒体处理器的选择，可以同时接收一个控制信道和多至4路业务信道。数据流以MFS码流输出。输出接口包括: SPI和通用接口SDIO。可以支持高达100Mbps瞬时数据速率。
外设接口：有两个I2C接口。一个接口作为I2C 从控器，用于接受外部多媒体处理器对解调器的控制和设置；另外一个接口作为I2C主控器，控制调谐器。
内嵌MCU：内嵌一个高性能的MCU，用来控制所有内部模块，以及相关信号质量的采集和处理等工作。
CMMB接收端方案主要特点
一个基本的CMMB接收终端包括四个主要部分：射频调谐器、基带解调器、多媒体处理器以及最后输出信号的显示屏和扬声器。主要应用领域包括：手机、便携电视、手持导航仪、PDA、MP4、笔记本电脑等小屏幕便携手持终端，以及汽车、火车、轮船、飞机上的移动信息终端。
针对市场需求，昆腾微电子推出高集成度的CMMB 接收端解决方案，包含完整CMMB射频调谐器及基带解调器，内部功能模块图如图2所示。该方案的主要特点如下。
CMMB射频调谐器
符合CMMB GY/T 220标准；采用零中频调谐器构架，无需外接SAW滤波器；单片调谐器同时支持地面发射塔的VHF/UHF频段,和卫星直播的L1，L2和S 频段；AGC动态范围：-102dbm ~ -10dbm；内置小数分频PLL频率合成器；内置低相位噪声宽频VCO；内置带宽可调的镜像抑制低通滤波器；内置射频及基带模拟可调增益放大器（PGA）；集成低压差稳压器（LDO），只需3.3V单电源供电；提供标准I2C控制接口；高组件集成度，减少外接元件；70mA超低工作功耗；超小尺寸QFN封装，适合便携式应用。
CMMB基带解调器
符合CMMB GY/T 220标准；内置高速10位数模转换器；支持所有8MHz BPSK/ QPSK / 16QAM的调制方式；内置4096点FFT单元，和LDPC/Reed-Solomon前向纠错（FEC）解码器；内置多路复用功能。可以同时接收一个控制信道和多至4路业务信道；支持灵活方便的时隙分配；业务信道的时隙分配可以任意配置；提供通用的SDIO 和 SPI 接口输出接收的MFS 码流；提供I2C接口和可编程I/O及中断，简化了与外部多媒体处理器的接口；内嵌高速MCU，可以进行器件工作状态初始化、控制和调度，以及信号质量监测；提供针对电视手机、PMP、和USB电视棒应用开发的SDK，大大加快了产品的开发；超低工作功耗和待机功耗。内嵌电源管理模块，支持多种待机模式；可以与昆腾CMMB调谐器以SiP的形式作为一个单模块；超小BGA封装。
图1 CMMB接收终端框图
各模块工作原理
射频信号处理：针对CMMB使用的VHF，UHF，和卫星直播频段，有相应的低噪声放大器（LNA）和射频可调增益放大器（混频器：采用零中频单级转换构架的混频器，无需外接SAW滤波器。
基带信号处理：包括带宽可调的镜像抑制低通滤波器，基带信号PGA。
单芯片集成：集成的低噪声VCO和小数分频PLL，降低了带内相位噪声。
ADC：内置一个高性能的10位ADC，对输入的I/Q两路差分基带模拟信号进行直接采样。
AGC控制：有两路AGC控制，分别用于射频PGA和模拟基带信号PGA。AGC环路通过采样信号和参考值之间的大小来产生AGC输出。
频率跟踪/频率矫正：此模块完成信号的频率跟踪，频偏修正, 采样率变换。
FFT：FFT模块执行快速傅立叶变换，将OFDM调制的时域信号变化到频域进行解调。
信标处理：模块进行同步和信道参数的估计。
OFDM符号处理：此模块完成对OFDM符号的处理。包括符号解扰，信道估计与均衡，传输指示信息解调等。其中，传输指示信息用来指示当前的时隙信息，以及指示广播信道物理层配置参数变更。完成解扰和均衡的频域信号被送到下一个模块进行解调。
解映射和FEC解码：此模块完成BPSK/QPSK/16QAM的星座图解映射。解映射之后的输出被送入LDPC及RS的解码器解码。首先，LDPC解码器完成LDPC码字的解码，并将负荷数据填充到RS的字节交织器中。然后，RS解码器完成RS的解码工作。
MFS码流提取：根据外部多媒体处理器的选择，可以同时接收一个控制信道和多至4路业务信道。数据流以MFS码流输出。输出接口包括: SPI和通用接口SDIO。可以支持高达100Mbps瞬时数据速率。
外设接口：有两个I2C接口。一个接口作为I2C 从控器，用于接受外部多媒体处理器对解调器的控制和设置；另外一个接口作为I2C主控器，控制调谐器。
内嵌MCU：内嵌一个高性能的MCU，用来控制所有内部模块，以及相关信号质量的采集和处理等工作。