基于下行电缆实现的数字卫星多星多机接收系统

数字卫星多星多机接收方案的发展源于人们要充分使用卫星资源的想法。通常使用2种方式：一是用单个高频头配合可转动天线，采用DISEQC1.2来控制转动卫星接收天线实现对多星下行信号的接收；二是用多个固定高频头，采用DIsEQC1.0或DISEQC2.0配合DISEQC开关选择通路实现多星接收。前者常用于单机多星接收的场合；后者可用于多机接收，但每个接收机要用一条独立的下行电缆，连接DISEQC开关到机顶盒之间的通路。
按照卫星数字电视标准卫星下行信道通带范围内有大量空闲频带存在。从卫星接收到的电磁波汇聚到高频头的馈源上转换成的电压信号，供高频头进行变频处理，在这种情况下，高频头降频后的中频信号在没有复用的情况下，中频信号带宽也有大量空闲频带存在。这使得信号的复用成为可能。

李耀鑫

2020-11-24 11:00:01

硬件电路的设计
设计一个信号处理模块，将高频头输出的多路信号复用到一个通路中，利用一根下行线缆传输到卫星接收机。本方案将设计好的信号处理模块封装起来，一方面用户无须自行设计多路选择线路，另一方面可避免DISEQC方案下多根下行电缆的布线繁杂问题。
信号处理模块的核心功能是单缆接口（SCIF），对低噪声下变频器（LNB）输出的多路信号进行处理。本设计将信号处理模块与LNB集成，如图1所示。从馈源接收下来未经处理的卫星信号bank 1～bank m，经过处理复用到一条通道上，通过单根下行线缆代替DISEQC方案中的多根线缆实现下行传输，再通过功率分配器分配给多个接收机使用。

2.1 复用原理
经过高频头输出的中频信号频率范围在950～2150MHz之间，每个频道占据此频带范围的一定带宽。收看电视节目时，只需保证节目相关带宽上的信号在对信号处理的过程中不受影响。本硬件电路的功能是对输入信号进行移频和复用处理，从而达到在下行线缆中传输多路节目的目的。信道复用的原理如图2所示。

图2中的黑色方块表示用户想要收看的节目频道在整个节目通道中所处的位置，白色矩形框表示与信道对应的传输通道，频带范围在950～2150 MHz之间，横坐标表示频率空间。bank 1～。bank 4表示高频头1～4路输出信号。此处理分2部分，信号移频和信号复用。移频由SCR芯片来完成，复用由加法器来实现。
2．2电路设计及细节分析
图3虚线后部分与图2对应。

图中4×4矩阵在实际电路中由2片HMC276芯片组成，用于选择打开bank l～bank 4中某一通路信号，供SCR芯片进行移频处理，SCR的移频工作在ST7LNB1的控制下实现，其中每个SCR芯片的中心频率不同，与图2中UBO～UB3的中心频率对应，此中心频率是由芯片固有性质决定的，常在同一系统中使用的组合有4路组合及8路组合等，它们对应的用户带宽（UB）分别为60 MHz和40 MHz。这些中心频率是由硬件确定的，但在实际使用中，是由机顶盒发送DISEQC命令检测得到。本方案中的降频参考图3分2次实现，第一次降频在图3虚线左侧实现，之后矩阵输入信号频率Freq_martrix_input=|Freq_down_Flo|。第二次降频在图3虚线右侧SCR中实现，之后SCR输出信号频带中心频率Freq_scr_output=F_SCR。需要说明的是，第二次降频由ST7LNB1控制SCR来实现，参考SCR的数据表可知，SCR可以将950～2150 MHz范围的任意信号频移到其中心频率附近的带宽范围内，这一点由机顶盒发送DISEQC命令向ST7LNB1传送相关参数信号来确定，主要是本振和SCR中心频率。Freq_down是卫星下行信号经窄滤波器滤波后的信号载频，Flo为高频头本振频率。SCR后面的带通滤波器（BPF）用于滤除用户带宽之外的信号，防止复用时信号串绕失真。BPF‘的频宽和中心频率与各SCR一一对应。

赵伟

2020-11-24 11:00:19

软件支持
机顶盒软件要解决的主要问题包括检测UB数目和中心频率、信号通路的选择以及冲突避免等。
3．1 测试UB数目和UB中心频率
硬件设备配置好后，通过软件程序来控制整个系统的运行。首先是由机顶盒发送DISEQC命令检测系统UB的个数及其中心频率，检测结果反映硬件的配置情况。在检测过程中，通过示波器来观察信号通路中发送DISEQC命令时通路中的信号情况和SCIF信号处理模块反馈给机顶盒的信号。检测的方法是把示波器接入下行线缆通路中，由用户操纵机顶盒发送检测UB的DISEQC命令，观察通路中信号情况。检测到的结果如图4所示。

图中，尖锋脉冲为机顶盒发送DISEQC命令后线缆中的信号，可反映SCR中心频率的状况，4个带通范围为发送DISEQC一段时间后通路中的信号，反映此电路模块对信号的增益情况，是信号可存在的有效频带范围。经观察，上述4个脉冲对应在1210 MHz，1420 MHz，l680 MHz，2040 MHz的中心频率上，在ST7LNBl的控制下产生的。机顶盒系统发送UB_SINGAL_ON（）命令向SCIF模块传输一些数据信息，对ST7LNB1写入一些数据，包括所有可能存在的SCR中心频率，共12个，当这些频率与ST7LNBl中存储的与本硬件电路相关的SCR中心频率数据库相符合时，ST7LNBl会控制系统在相应频点发送反馈的脉冲信号。机顶盒捕捉到这些信号之后可获得不同SCIF模块的固有频点，同时通过查对应的数据表得到对应的UB带宽。上述4个通带是发送DISEQC命令一段时间后示波器检测到的信号，它反映了系统对白噪声的信号增益。
检测UB的相关信息是解决用户信号通路选择的关键。UB信息检测成功之后，软件系统通过用户界面菜单设置的相关参数（包括卫星、极性、本振等信息）发送参数到ST7LNBl来选择信号和控制信号所走的通路。对比上述UB的检测结果和LNB模块中所采用的SCR个数及中心频率等物理参数，本系统能够正常检测到UB通道设置的相关系统参数。
3．2信号以及信号通路的选择
用户从检测到的UB中选择一个，作为信号最终在信道中存在的频带范围。对频带（band）的选择也由用户来确定，包括卫星、极性和频带高低3个条件。以上4个条件确定后，各机顶盒对应的信号传输通路就确定了。虽然各机顶盒占用的UB不同，但对所选的卫星、极性和频带高低没有限制。此信息由软件系统以DISEQC命令参数的方式将代表这几个条件的信息发送给ST7LNB1，由ST7LNBl负责解码室内机顶盒发出的DISEQC指令。
在确定以上条件后，各机顶盒可在各自的通路上发送存储在数据库中的节目频点、数据传输速率等信息，以完成对节目信息的搜索。此过程通过对单机的通道选择来检测。若依次选择好UB、卫星、极性、本振的组合后，进行节目搜索和换台等操作，机顶盒均能够正常工作，则表明，系统可以正常选择通道并完成对信号传输。
3.3 DISEQC命令重发等待机制
由于各机顶盒使用同一根下行线缆来传输DISEOC信号和下行反馈信号，且各DISEQC命令都加载在22 kHz的频率上进行传输，当通路中同时存在多个机顶盒发送的DISEQC命令时，线缆中的信号将产生冲突而无法辨识。为解决这一问题，本方案采取命令重发方式，重发等待时间由线性反馈移位寄存器获得，如图5所示。

开机时，各移位寄存器的初始值如图5所示，其后4位的赋值是系统SCR芯片个数的二进制表示。当用户换台成功时，移位寄存器进行移位操作但不重发命令。当系统检测到发生冲突时，系统把各机顶盒所取的UB值（0～7）加1赋给移位寄存器后4位，前3位数据保持不变。此时，由移位寄存器所构成的7位二进制数对应的十进制数与27相除得到的值就是随机等待时间，单位为秒。由机顶盒将配置参数发送到ST7LNB1，由ST7LNB1根据机顶盒上传参数，控制本模块对输入信号进行处理。

软件支持
机顶盒软件要解决的主要问题包括检测UB数目和中心频率、信号通路的选择以及冲突避免等。
3．1 测试UB数目和UB中心频率
硬件设备配置好后，通过软件程序来控制整个系统的运行。首先是由机顶盒发送DISEQC命令检测系统UB的个数及其中心频率，检测结果反映硬件的配置情况。在检测过程中，通过示波器来观察信号通路中发送DISEQC命令时通路中的信号情况和SCIF信号处理模块反馈给机顶盒的信号。检测的方法是把示波器接入下行线缆通路中，由用户操纵机顶盒发送检测UB的DISEQC命令，观察通路中信号情况。检测到的结果如图4所示。

图中，尖锋脉冲为机顶盒发送DISEQC命令后线缆中的信号，可反映SCR中心频率的状况，4个带通范围为发送DISEQC一段时间后通路中的信号，反映此电路模块对信号的增益情况，是信号可存在的有效频带范围。经观察，上述4个脉冲对应在1210 MHz，1420 MHz，l680 MHz，2040 MHz的中心频率上，在ST7LNBl的控制下产生的。机顶盒系统发送UB_SINGAL_ON（）命令向SCIF模块传输一些数据信息，对ST7LNB1写入一些数据，包括所有可能存在的SCR中心频率，共12个，当这些频率与ST7LNBl中存储的与本硬件电路相关的SCR中心频率数据库相符合时，ST7LNBl会控制系统在相应频点发送反馈的脉冲信号。机顶盒捕捉到这些信号之后可获得不同SCIF模块的固有频点，同时通过查对应的数据表得到对应的UB带宽。上述4个通带是发送DISEQC命令一段时间后示波器检测到的信号，它反映了系统对白噪声的信号增益。
检测UB的相关信息是解决用户信号通路选择的关键。UB信息检测成功之后，软件系统通过用户界面菜单设置的相关参数（包括卫星、极性、本振等信息）发送参数到ST7LNBl来选择信号和控制信号所走的通路。对比上述UB的检测结果和LNB模块中所采用的SCR个数及中心频率等物理参数，本系统能够正常检测到UB通道设置的相关系统参数。
3．2信号以及信号通路的选择
用户从检测到的UB中选择一个，作为信号最终在信道中存在的频带范围。对频带（band）的选择也由用户来确定，包括卫星、极性和频带高低3个条件。以上4个条件确定后，各机顶盒对应的信号传输通路就确定了。虽然各机顶盒占用的UB不同，但对所选的卫星、极性和频带高低没有限制。此信息由软件系统以DISEQC命令参数的方式将代表这几个条件的信息发送给ST7LNB1，由ST7LNBl负责解码室内机顶盒发出的DISEQC指令。
在确定以上条件后，各机顶盒可在各自的通路上发送存储在数据库中的节目频点、数据传输速率等信息，以完成对节目信息的搜索。此过程通过对单机的通道选择来检测。若依次选择好UB、卫星、极性、本振的组合后，进行节目搜索和换台等操作，机顶盒均能够正常工作，则表明，系统可以正常选择通道并完成对信号传输。
3.3 DISEQC命令重发等待机制
由于各机顶盒使用同一根下行线缆来传输DISEOC信号和下行反馈信号，且各DISEQC命令都加载在22 kHz的频率上进行传输，当通路中同时存在多个机顶盒发送的DISEQC命令时，线缆中的信号将产生冲突而无法辨识。为解决这一问题，本方案采取命令重发方式，重发等待时间由线性反馈移位寄存器获得，如图5所示。

开机时，各移位寄存器的初始值如图5所示，其后4位的赋值是系统SCR芯片个数的二进制表示。当用户换台成功时，移位寄存器进行移位操作但不重发命令。当系统检测到发生冲突时，系统把各机顶盒所取的UB值（0～7）加1赋给移位寄存器后4位，前3位数据保持不变。此时，由移位寄存器所构成的7位二进制数对应的十进制数与27相除得到的值就是随机等待时间，单位为秒。由机顶盒将配置参数发送到ST7LNB1，由ST7LNB1根据机顶盒上传参数，控制本模块对输入信号进行处理。

褚溢稚

2020-11-24 11:00:33

系统对常用的高频头电路进行重新设计和功能提升，使仅能处理高频／低频、水平／垂直、卫星A／B所形成的8路组合中的一路高频头电路，能根据多个用户的手动设置同时处理多路信号。一方面具备多路独立的降频处理电路，另一方面使用多个SCR芯片对多路信号进行独立的移频处理。设计中经过降频和移频处理后得到的信号频率在950～2 150 MHz范围内，不会产生频率复用重叠干扰，复用信号能被机顶盒软硬件系统正确无误地分离和处理。本设计常用于家庭多机和目前高端市场流行的PVR机顶盒。不但可节省开关器件和线缆，降低系统的安装成本和安装难度，还能保证在采用单根下行线缆时支持对各频点上节目的处理。

魏茂娜

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李耀鑫

赵伟

褚溢稚

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