一种机顶盒远程唤醒方法及技术实现

周德斌，沈阳，王磊，许帮保

一种机顶盒远程唤醒方法及技术实现

周德斌，沈阳，王磊，许帮保

（国家新闻出版广电总局广播科学研究院，北京100866）

提出了一种极低功耗的、在电视机顶盒主电源关断、辅电源导通的情况下，机顶盒远程唤醒的方法和技术实现。把原来应用于物联网、智能家居、远程抄表等领域的Sub-1G技术和包含Sub-1G技术的无线MCU应用于机顶盒领域（包含有线电视机顶盒和地面电视机顶盒），将其作为运营商与终端用户之间通信、唤醒的一种手段。此方法对于应急广播具有重要意义。

应急广播；机顶盒；远程唤醒；Sub-1G技术；低功耗

【本文献信息】周德斌，沈阳，王磊，等.一种机顶盒远程唤醒方法及技术实现［J］.电视技术，2015，39（10）.

“应急广播”，是指在面临突发公共事件时，利用广播电视系统向公众通告应急事件的信息。基于广播电视系统向社会公众传播紧急信息是进行快速广泛预警、及时通报灾情、协助防灾救灾的有效手段。有线电视和地面电视已经成为人们获得信息的主要途径，也是应急广播的主要途径之一。

现有的机顶盒待机技术，不论是真待机还是假待机，其功耗都是不小的。其中，假待机只关闭视频和音频输出等电路，主芯片也运行于比较节能的工作状态，例如，关闭一些内部模块，此时调谐器和主芯片内解复用模块还是处于工作状态，电源等电路仍然处于工作状态，功耗几乎与正常工作状态相当。在假待机时，机顶盒可以接收和分析TS流，从而根据TS流的特定信息唤醒机顶盒。

真待机一般可以通过使用单片机将系统的供电切断，使CPU和调谐器都处于断电状态，此时系统中最少可只保留单片机和红外接收机工作。真待机时，由于机顶盒的主处理器，或主处理器内的相关模块，如解复用模块是处于非工作状态的，机顶盒就不能解析TS流中的内容信息，这样机顶盒就不能接收到运营商发来的唤醒信息了。

真待机的待机功耗一般小于2 W或1 W，对于很多用户来说，这样的功耗仍然是不能承受的，所以广大电视用户在不看电视时，一般都是手动关断机顶盒的电源开关的，这种情况下，现有技术更是不可能远程唤醒机顶盒，而应急广播关乎人民群众的生命财产安全，能在手动关断机顶盒电源的情况下远程唤醒机顶盒就显得很有意义了。

1　Sub-1G技术及无线MCU

在物联网的世界中，无线连接装置的可选方式有很多种，最流行的包括WiFi，Bluetooth，ZigBee和基于Sub-1G技术的解决方案。其中，ZigBee是IEEE802.15.4协议的代名词，其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据率、低成本。根据一些厂家的资料显示，一个ZigBee节点，采用一节普通5号电池供电，可正常使用6个月到两年的时间，可见其用电之省。

Sub-1G技术（也叫Sub-GHz技术）是一种在1 GHz频率范围之内的无线连接技术，它与ZigBee技术类似，应用的场合也类似。为的是解决低功耗、低成本、低速率智能节点的数据传输，主要应用在物联网、智能家居、远程抄表等方面。其双向通信遵循的也是IEEE802.15.4协议。工作频段一般在200～900 MHz。调制方式主要有2FSK、4FSK、GFSK以及OOK等。工作带宽一般为几千到几万比特/每秒，现有技术水平下接收灵敏度可达-110 dBm以上。

Sub-1G发射器、接收器或者收发器能在工作状态、standby/sleep（待命/休眠）状态、或者shutdown（关停）状态之间快速转换。一般工作状态的电流为几毫安左右，而standby/sleep或者shutdown状态下电流能低到微安甚至纳安级别。

发射端和接收端在大部分时间都处于standby/sleep或者shutdown状态，只有极短时间处于发射/接收工作状态，以发送/监听信息和指令。Sub-1G技术通过这样的策略来达到省电目的。

无线微控制单元（Micro Control Unit，MCU）简单来说就是加上无线收发功能的MCU，这里的无线收发可以是WiFi，Bluetooth，ZigBee或Sub-1G等技术，由于把无线收发器和MCU集成在一起，会比分离方式更加省电。

为了进一步说明Sub-1G技术，以两个厂家的几款具体芯片为例，其技术资料都可以在相关厂家的网站上找到。

1）Silicon Labs公司

主要芯片包括Si106x/108x系列无线MCU，Si1010/1/2/3/ 4/5系列无线MCU，Si4455 Sub-GHz收发器，Si4010 MCU和射频发射器，Si4012射频发射器，Si4355 Sub-GHz接收器和Si4356独立式Sub-GHz接收器［1-3］。

2）Texas Instruments公司

主要芯片包括CC430F6125/6/7等无线MCU，RF430F5978无线MCU，CC1110Fx/CC1111Fx系列无线MCU，CC115L Sub-1发射器和CC113L Sub-1接收器［4-6］。

2　基于Sub-1G技术的机顶盒远程唤醒实现方法

2.1技术分析

有线电视的传输标准为：1）频率范围为47～862 MHz。2）最小输入电平≥33 dBμV（64QAM），最大输入电平≤108.8 dBμV，相当于-80～-4.2 dBm，一般的，有线电视的输入电平最低为60 dBμV，对应于-53 dBm。3）频道带宽8MHz［7-8］。

地面电视的传输标准为：1）频率范围48.5～862 MHz。2）输入电平一般为-80～-50 dBm。3）频道带宽8MHz［9-11］。

一个电视频道带宽为8 MHz，而Sub-1G带宽为几千赫兹到几十万赫兹。从有线电视的输入电平、频率范围、带宽、带外抑制、接收灵敏度等指标来看，Sub-1G技术是满足作为一路电视信号传输的要求的。

2.2实现方法

在有线电视的运行商发送端，占用一个空闲频道来发送一路Sub-1G信号，经过混合器与其他频道的电视节目混合、放大之后，通过有线电视网络传递出去。

类似地，在地面电视发送端，占用一个空闲频道来发送一路Sub-1G信号，经过混合器与其他频道的电视节目混合、放大之后，通过地面电视发射天线发送出去。

运营商端Sub-1G发送电路可采用带Sub-1G收发器的无线MCU（wireless MCU），也可采用Sub-1G发射器或者收发器加上系统CPU或者MCU的电路组合（因为运营商的功耗不是主要问题，整个系统一般都是24 h运行）。

在机顶盒端，将接收到的有线电视射频信号（或者地面电视接收天线接收到的电视射频信号）分成两路，一路仍然给高频头去解调电视信号，另一路传给Sub-1G接收芯片接收。系统构成如图1所示。

图1　系统构成图

机顶盒的电源分为主电源和辅电源，主电源给机顶盒供电，辅电源给Sub-1G接收芯片及其相关电路供电。机顶盒电源开关为一个二选一开关，当一般意义上的机顶盒电源按钮关断时，开关导通辅电源而关断主电源，反之，电源按钮开通时，机顶盒辅电源关断而主电源导通，关断辅电源是为了进一步省电。主电源除了靠二选一开关导通之外，还能靠另一路可控开关开启，该可控开关的控制端由Sub-1G接收芯片的GPIO管脚输出控制信号来控制。平时用户不看电视时，可以手动关闭机顶盒主电源。

机顶盒中的Sub-1G电路监听运营商端的Sub-1G信号，当接收到有效的唤醒数据指令或者唤醒信号之后在相应的GPIO接口输出控制信号，去控制机顶盒主电源的开启。

具体电路如图2所示。

图2　带Sub-1G电路的机顶盒电路示意图

优选的，Sub-1G接收电路为带Sub-1G接收器或者收发器的无线MCU（wireless MCU），当然也可采用Sub-1G接收器加上带模块管理功能的低功耗MCU的电路组合。

因为Sub-1G接收电路极其省电，辅电源也可采用电池供电的方式。

除了远程单向唤醒机顶盒之外，还可利用有线电视网络的双向性能以及Sub-1G的双向通信性能，开展一些有线机顶盒在关机情况下的双向通信服务。

在Sub-1G电路唤醒并使机顶盒电视接收电路通电正常工作之后，运营商再通过TS码流把应急广播指令和相关信息传递给机顶盒，打开相应的频道，播放应急广播节目内容。

3　结束语

本文把原来应用于物联网、智能家居、远程抄表等领域的Sub-1G无线连接技术和包含Sub-1G技术的无线MCU应用于机顶盒领域，将其做为运营商与终端用户之间通信、唤醒的一种手段。由于Sub-1G技术功耗极低，只要把给其供电的辅电源效率做得足够高，其总体能耗是很小的。在机顶盒主电源关断，只保持Sub-1G电路供电的情况下，通过监听运营商的唤醒指令，根据唤醒指令导通主电源使机顶盒工作，这样的方式和能耗是可以为绝大多数民众所接受的，对于应急广播的实施具有非常重要的社会意义。

［1］Silicon Laboratories Inc.Si106x/108x Ultra-low power MCU with integratedhigh-performancesub-1GHztransceiver［EB/OL］.［2014-02-26］.http://www.silabs.com/Support%20Documents/ TechnicalDocs/Si106x-8x.pdf.

［2］Silicon Laboratories Inc.Si1010/1/2/3/4/5 Ultra Low Power，16/8 kB，12/10-Bit ADCMCU with Integrated 240-960 MHz EZRadio-PRO Transceiver［EB/OL］.［2014-09-04］.http://www.silabs.com/ Support%20Documents/TechnicalDocs/Si1010.pdf.

［3］Silicon Laboratories Inc.Si4455EASY-TO-USE，LOW-CURRENTOOK/（G）FSKSUB-GHZTRANSCEIVER［EB/OL］.［2014-10-15］.http://www.silabs.com/Support%20Documents/ TechnicalDocs/Si4455.pdf.

［4］TexasInstrumentsInc.CC430F613x，CC430F612x，CC430F513x MSP430 SoC With RF Core［EB/OL］.［2014-09-06］.http://www.ti. com/lit/ds/symlink/cc430f6126.pdf.

［5］Texas Instruments Inc.CC113L Value Line Receiver［EB/OL］.［2014-09-08］.http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cc113l.pdf.

［6］Texas Instruments Inc.CC115L Value Line Transmitter［EB/OL］.［2014-09-08］.http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cc115l.pdf.

［7］刘春江，郭沛宇.一种有线数字电视机顶盒远程唤醒实现方法［J］.电视技术，2014，38（17）：60-62.

［8］GY/T 106—1999，有线电视广播系统技术规范［S］.1999.

［9］孙军.中国数字电视地面传输标准解读［EB/OL］.［2014-09-08］. http://www.doc88.com/p-804578904580.html.

［10］GY/T 237—2008，VHF/UHF频段地面数字电视广播频率规划准则［S］.2008.

［11］GY/T 236—2008，地面数字电视广播传输系统实施指南［S］.2008.

Very Low Power Remote Wake-up Method and Technical Realization of Digital TV STB

ZHOU Debin，SHEN Yang，WANG lei，XU Bangbao
（Academy of Broadcasting Science，SAPPRFT，Beijing 100866，China）

The realization method and technology of set-top box remote wake-up of a very low power consumption is presented，in the main power supply set-top box off and the auxiliary power turn-on condition.In this paper，the original application in the Internet of things，smart Home Furnishing，remote meter reading and other areas of the Sub-1G technology and Sub-1G technology wireless MCU are applied in the set-top box field（including cable TV set-top boxes and terrestrial TV set-top boxes），make it a communicating，awakening means between the operator and the terminal user.This method is of great significance for the emergency broadcast.

emergency broadcast；set-top box；remote wake-up；Sub-1G technology；low power

TN934

B

10.16280/j.videoe.2015.10.012

许盈

2014-10-17