一﹑概 述 数字电视广播技术是最近十几年发展起来的高新技术。目前已经成为包括我国在内的全球信息产业的重要组成部分。这一技术的发展,引发了广播电视业界的一场技术革命。广播电视从黑白电视、彩色电视时代,正进入数字化时代。经过近十几年的努力,数字电视地面广播所必需的数字电视发射机技术,也有了飞速的发展。在已经制定并颁布数字电视标准的国家,数字电视发射机以及相应的测试设备、测试信号源等都已经有了比较成熟的技术和产品。欧、美等主要的发射机生产厂家都已经为数字电视地面广播推出了体现各自最新技术的数字电视发射机。与模拟电视发射机不同,用做地面数字电视广播的发射机的输入信号不是通常的视频和音频节目信号,而是将音频、视频信号按MPEG2标准,经过压缩、编码,并与其他数据信息复用打包后的传输码流(TS流)。输入的TS流,经过信道编码与调制单元,形成符合一定制式标准的模拟中频信号,然后上变频至发射频道,经射频放大后发送。 二﹑数字电视发射机标准 不同的数字电视地面广播标准,最主要的区别是在传输信道采用了不同的信道编码与调制技术。国际上目前已经形成三种主要的数字电视标准,即美国ATSC标准、欧洲DVB-T标准和日本的ISDB-T标准。ATSC标准采用单载波8VSB编码调制技术;DVB-T和IS-DB-T都采用多载波COFDM调制技术。这三种标准的视频信源编码和复用均采用MPEG-2标准相兼容的编码方案,音频信源编码则有所区别。美国ATSC标准采用dolbyAC-3标准,DVB-T采用MPEG-2标准,日本的ISDB-T采用AAC音频编码标准。 符合我国未来数字电视制式的信道编码与调制器是国产数字电视发射机的核心技术所在,也是数字电视技术产业化的重要内容之一。我国的数字电视体系标准特别是地面广播标准的制订工作正在有序地进行。目前已经提出了四种传输方案。即国家HDTV总体组(TEEG)提出的基于单载波OQAM(偏移QAM)调制技术的ADTB-T系统方案和基于多载波OFDM调制技术的DTTB/OFDM系统方案;广播科学研究院提出的基于DCQAM(双载波QAM)调制技术的CDTB-T系统方案;清华大学提出的基于TDS-OFDM(时域同步OFDM)调制的DMB-T系统方案。对数字电视地面广播而言,系统应保证数字电视接收与现有模拟电视接收一样方便可靠;系统的数据传输容量应满足不断增长的多种业务需求;系统应支持便携接收和移动接收;系统应方便频谱分配并支持差转广播甚至同频广播(单频网);系统应允许多种成本价格的接收机实现,采用分级调制,满足不同需求。相信我国未来的数字电视体系标准将是拥有我国自主知识产权、集众家所长的先进标准。 数字电视发射机通用技术条件及测试方法的标准尚未制订,目前国产数字电视发射机的主要性能指标与国外同类产品基本相当,某些指标限于测试手段,没有规定和测试,如带内信杂比、幅度矢量误差、等效噪声降低等。相邻频道肩部的互调失真,由于发射机中频预校正技术上的差距,需要作进一步努力,以期达到更优。 发射机规定适用的数字电视制式、调制方式、工作带宽、工作频道,输入码流(通常为MPEG-2TS流)的码率范围、输入接口形式,中频中心频率、电平及接口形式等。 近几年开始进行国内自行研制开发的各种数字电视地面广播传输方案的试验,并根据数字电视标准化专家委员会和测试组制订的测试方案,对各种报送方案进行全面测试。为制订我国的数字电视发射机标准,提供科学依据。 三﹑数字电视发射机功率放大器 数字电视广播对发射机的最基本要求是功率放大器应有足够高的功率增益;要求放大器具有高线性、宽动态范围,即数字调制信号在动态峰值范围内时,发射机仍有良好的线性;发射机应有足够高的频率精度和频率稳定度、低的相位噪声,以保证被传输信号具有尽可能低的误码率和信杂比。数字电视发射机的额定输出功率按平均功率规定。要求数字电视发射机的末级功放应能在平均功率比峰值功率低得多的情况下高效率应用。UHF固态功放所用的功放管目前主要是双极型管。LDMOS器件和碳化硅功放管是近年推出的新型器件,在线性、增益和输出能力上都优于双极型管。固态功放的优势在于器件的寿命长,以及多管多重合成方式所特有的可靠冗余度,使发射机的可靠性和可维护性大大提高。其缺点是器件的价格较贵,线性较差,且效率较低。通常采用AB类工作以提高效率和输出能力,因此必须采用性能优良的中频预校正电路。目前全固态数字电视发射机的最大输出平均功率达5kW。 衡量数字电视发射机功率放大器技术性能的主要技术参数包括: (1)输出平均功率及输出功率变化值; (2)频谱特性。包括有效带宽内的带内波动;频道肩部(如±4.3MHz)的互调失真(频肩);邻频道抑制(如±8MHz);二次谐波。 发射机用作数字电视广播时,技术重点都在研制开发适合数字电视发射机的中频预校正电路,以改善AB类放大器的线性、提高放大器的效率,这对全固态数字电视发射机尤其显得重要。前馈校正技术、数字自适应校正技术和改进的折线式非实时预校正技术是目前国外数字电视发射机采用的主要方式。超大功率合成技术的采用,使发射机整机的输出功率等级大幅度提高,冗余技术的采用,提高了发射机的可靠性。国产数字电视发射机的研制重点将是吸收国外先进技术,开发新一代的适合全固态数字电视发射机的中频非线性预校正电路,如全数字实时预校正,使国产数字电视发射机技术迈上新台阶。 四﹑激 励 器 数字电视发射机的激励器的主要功能是进行信道编码、调制和上变频,目的是增强抗干扰能力,保证数字电视信号能正确地传输和接收。MPEG传输码流(MPEG-TS)信号输入到激励器后,由激励器的信道编码与调制单元输出为标准的模拟中频信号,然后经变频器上变频至所需频道的模拟RF射频信号,输出的RF射频信号再经数字电视发射机的射频放大器放大后发射出去。激励器主要有以下几个部分组成:#p#分页标题#e# (1)编码﹑调制和上变频模块编码器模块负责对各子载波分别进行调制,采用并行调制技术,提高抗多径干扰能力。 编码器模块输入前的比特率适应电路,用以使激励器能输入任何比特率的MPEG传输码流。 数字电视发射机激励器中的调制和上变频过程是将视音频信号调制到一个中频载波上,中频频率是固定的,对所有的频道都相同,然后经上变频器转换到所要求的RF频道上。 (2)单频网输入模块 单频网(SFN)在进行同步广播与同步覆盖时,所有发射机工作在同一频率、在同一时间使用同样的比特率。SFN输入模块插在激励器上,用以确保时间同步和频率同步。频率同步是指单频网上所有发射机必须与参考频率同步锁相,因此参考频率的选择非常重要,可使用来自GPS接收机的10MHz频率信号作为参考频率信号源。时间同步是指SFN输入模块从MPEG-TS输入码流中提取出时间信息包,经过延时处理后,用以保证单频网上所有发射机在时间上同步。 在一个8MHZ带宽的电视频道内,单频网上所有发射机的激励器进行的所有数字处理都需要有高精度的时钟和同步信号,单频网输入模块和上变频器也需要一些其它的时钟信号,且必须要有很高的频率稳定度,彼此间要相互锁定。这些时钟和同步信号可由高性能的锁相环(PLL)电路产生,与激励器的输入码流或参考时钟信号(如GPS信号)同步锁相。当GPS信号失锁时,激励器内部的参考时钟信号必须十分稳定可靠。 (3)数字预校正模块 激励器在中频部分设有数字预校正电路模块,用来抵消由于功率放大器的非线性失真,以改善放大器的输出线性,从而降低放大过程中产生的互调产物,并提高放大器的效率,在给定的条件下获得较大的功率输出。 (4)遥控接口模块 为了适应全天24小时播出和无人职守的需要,在激励器上安装有RS-232接口和以太网接口等遥控接口,用以对激励器的工作状态进行全程遥控和监测,主要包括:a•监测输入激励器的码流。b•监测所有的信号处理过程。c•监测输出的模拟信号。 五﹑控 制 器 监控单元处理包括所有控制功能在内的内部和外部通信,装有IP接口,在集成的彩色液晶显示器上显示发射机系统的当前状态。与所连的其它单元的内部通信通过CAN总线来完成,与外部的通信通过以太网进行。先进的故障自我诊断系统和DAP技术使得用户容易查找故障部位,加快设备的维护、维修进度。整机内部设计应具有科学完善和精确可靠的实时状态及故障检测系统,其故障诊断系统用户界面简单易懂;具有本地/远程控制以及自嵌入式的网络接口功能,可方便地满足时下基于IP平台的发射系统计算机控制,实现本机无人值守。 六﹑冷 却 系 统 为了满足不同客户对冷却系统的需求,发射机应研发风冷和液冷系统,可供用户选择适合自己的冷却方式,改变了过去固态机中只有风冷的单一方式。相比之下液冷更为优越,这是因为: a•由于空气质量较差,过滤材料中容易沉积灰尘,日常对风冷系统的维护量大。 b•降低了发射机的运行噪声,净化了发射机房的环境。 c•减少了对冷却系统的维护量。冷却液封闭循环,只需定期清洗系统中的滤网。 d•冷却效率高。冷却液无论是采用乙二醇加水还是防冻液,其热传导效率都远大于风冷,使发射机产生的热量能被及时吸收释放掉。 七﹑结 束 语 未来十几年,将是我国数字电视飞速发展的时代。在我国数字电视体系标准制订并颁布后,模拟电视将逐步向数字电视过渡,并进入家庭。这对广播电视业、微电子业、计算机业、网络业、家电业等都是一个机遇和挑战。也为广播电视发送设备制造业带来了新的市场。我们应该以崭新的面貌迎接广播电视数字化时代,必将在数字广播电视发送领域作出重要贡献。
