模擬電視發(fā)射機(jī)數(shù)字化改造方法的探討

吳安榮

摘 要 本文通過(guò)對(duì)電視發(fā)射機(jī)的類(lèi)型、組成和特點(diǎn)進(jìn)行介紹，闡述數(shù)字電視發(fā)射機(jī)主要的技術(shù)指標(biāo)，提出模擬電視發(fā)射機(jī)數(shù)字化改造時(shí)所要考慮的問(wèn)題和改造方法。

關(guān)鍵詞 電視發(fā)射機(jī)；單通道；模擬；數(shù)字化改造

中圖分類(lèi)號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2017）179-0042-02

隨著數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字電視已迎來(lái)一個(gè)蓬勃發(fā)展的時(shí)期，模擬電視被數(shù)字電視取代已是大勢(shì)所趨，許多國(guó)家都公布了數(shù)字電視取代模擬電視的日程表。當(dāng)前，國(guó)際上較為成熟的數(shù)字電視國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為：一是以美國(guó)為代表單載波方式的ATSC標(biāo)準(zhǔn)；二是以歐洲為代表多載波方式的DVB-T標(biāo)準(zhǔn)；三是以日本為代表多載波方式的ISDB-T標(biāo)準(zhǔn)；四是以中國(guó)為代表單載波和多載波方式的DTMB標(biāo)準(zhǔn)。DTMB標(biāo)準(zhǔn)是于2011年12月，被國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）批準(zhǔn)為地面數(shù)字電視國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的，該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)使用了時(shí)域同步正交頻分復(fù)用及殘留邊帶復(fù)用技術(shù)。至今，國(guó)際上認(rèn)可的4個(gè)數(shù)字電視國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)分別是美、歐、日和中國(guó)制定的。近年來(lái)，我國(guó)各地的廣播電視發(fā)射臺(tái)站都在進(jìn)行中央廣播電視節(jié)目無(wú)線數(shù)字化覆蓋工程，若能將現(xiàn)有的模擬電視發(fā)射機(jī)改造成數(shù)字電視發(fā)射機(jī)，將極大節(jié)約成本和提高數(shù)字化轉(zhuǎn)換進(jìn)程。

1 電視發(fā)射機(jī)的類(lèi)型、組成和特點(diǎn)

1.1 電視發(fā)射機(jī)類(lèi)型

按功率等級(jí)分為：功率≥1kW，屬大功率電視發(fā)射機(jī)；30W≤功率<1kW，屬中功率電視發(fā)射機(jī)；功率<30W，屬小功率電視發(fā)射機(jī)。

按波段分為：VHF電視發(fā)射機(jī)和UHF電視發(fā)射機(jī)。

按功率放大器的類(lèi)型分為：電子管發(fā)射機(jī)、速調(diào)管發(fā)射機(jī)、固態(tài)發(fā)射機(jī)、IOT（感應(yīng)輸出管）發(fā)射機(jī)。

按圖像和聲音放大方式分為：?jiǎn)瓮ǖ离娨暟l(fā)射機(jī)（合放式），雙通道電視發(fā)射機(jī)（分放式）。

1.2 電視發(fā)射機(jī)的組成

主要由激勵(lì)器、功率放大器、控制電路、RF輸出單元、電源、冷卻系統(tǒng)等部分組成。

1.3 電視發(fā)射機(jī)的特點(diǎn)

一是電視發(fā)射機(jī)是無(wú)線電發(fā)射設(shè)備中的一種，有很多特性，但電視信號(hào)不同于其他的無(wú)線電信號(hào)，因此，電視信號(hào)的傳送也有別于其他的無(wú)線電信號(hào)，現(xiàn)世界各國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定圖像信號(hào)都采用殘留邊帶調(diào)制方式。

二是為保證電視圖像的質(zhì)量，采取固定黑色電平，不僅可以恢復(fù)圖像的直流分量，還可以提高放大管的利用率，增大輸出功率。

三是根據(jù)調(diào)制和解調(diào)，其工作在超短波波段（VHF和UHF）。

四是視頻信號(hào)是單極性信號(hào)，有正極性和負(fù)極性?xún)煞N，對(duì)圖像載頻調(diào)幅時(shí)分為正極性調(diào)制和負(fù)極性調(diào)制，這兩種調(diào)制都可以實(shí)現(xiàn)電視信號(hào)的傳送，因此，調(diào)制極性為單極性調(diào)制。

五是發(fā)射機(jī)的平均功率與峰值功率之間的關(guān)系是隨圖像內(nèi)容而變化的，當(dāng)調(diào)制信號(hào)不同時(shí)，峰值功率與平均功率之間的關(guān)系也隨之變化。

六是聲音信號(hào)的調(diào)制方式采用調(diào)幅或調(diào)頻。

2 數(shù)字電視發(fā)射機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)

對(duì)于DP、DG、群時(shí)延、2T等模擬電視發(fā)射機(jī)相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)，已明確了其定義及受影響的因素，其數(shù)字電視發(fā)射機(jī)有以下幾個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)。

2.1 誤碼矢量值（EVM）

對(duì)于數(shù)字電視發(fā)射機(jī)常用的放大器件LDMOS和IOT，放大數(shù)字電視信號(hào)也不能確保不失真，而且所產(chǎn)生的失真較小，易于補(bǔ)償，主要失真是線性失真和非線性失真。經(jīng)測(cè)試，IOT發(fā)射機(jī)的EVM約為3%～7%，LDMOS固態(tài)發(fā)射機(jī)的EVM約為2%～4%，相對(duì)而言，固態(tài)發(fā)射機(jī)的EVM校正量要小些，更容易滿(mǎn)足指標(biāo)要求。

2.2 發(fā)射機(jī)的頻響

主要指給定頻帶內(nèi)的幅度響應(yīng)，也就是在中心頻率±3或±4MHz帶寬內(nèi)的平坦度。實(shí)際上，在一個(gè)頻道內(nèi)絕對(duì)平坦的頻響是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，EVM的技術(shù)指標(biāo)會(huì)受發(fā)射機(jī)的頻響影響。

2.3 群時(shí)延

主要由控制輻射帶寬的輸出頻道帶通濾波器引起，在FCC規(guī)定了嚴(yán)格的Mask（頻譜輻射限制）要求以后，要求濾波器的邊緣必須尖銳陡峭，相對(duì)于DTV頻道帶寬邊緣特性的滾降在帶邊所造成的群時(shí)延通常在120ns～160ns。

2.4 非線性失真

是受發(fā)射機(jī)放大器的放大量不恒定而產(chǎn)生的。主要表現(xiàn)在兩種形式，一是惡化輸入幅度與輸出幅度之比（線性度），二是惡化輸入幅度與輸出相位響應(yīng)（ICPM）。發(fā)射機(jī)的EVM特性會(huì)受這些非線性失真的影響，雖然小于群時(shí)延特性和線性頻響的影響。

3 模擬電視發(fā)射機(jī)數(shù)字化改造的關(guān)鍵問(wèn)題

近幾年，我國(guó)廣播電視發(fā)射臺(tái)站都在進(jìn)行模擬向數(shù)字化轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換中需要考慮到以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

一是要考慮模擬與數(shù)字相互并存。我國(guó)是個(gè)發(fā)展中的大國(guó)，國(guó)土面積遼闊，各臺(tái)站分布較廣，模轉(zhuǎn)數(shù)過(guò)程中，要根據(jù)各臺(tái)站的規(guī)模大小、所處區(qū)域、政治背景和需求，改造的要求和目標(biāo)都不盡相同。因此，近幾年我國(guó)還將經(jīng)歷數(shù)模并存的過(guò)渡期。

二是要考慮經(jīng)濟(jì)投入。各地經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和發(fā)展不平衡，要重點(diǎn)考慮經(jīng)濟(jì)投入，選擇適合各臺(tái)站發(fā)展的需求和經(jīng)濟(jì)承受能力，制定詳細(xì)的發(fā)展規(guī)劃，分段逐步推進(jìn)。

三是要考慮技術(shù)因素。相對(duì)數(shù)字電視，不管是采用衛(wèi)星、有線還是地面方式傳輸和覆蓋，也不管采用的何種數(shù)字電視制式，對(duì)于電視信號(hào)的信源編碼是完全相同的，全部采用MPEG-2的壓縮方式，在節(jié)目數(shù)據(jù)層完全相同。其不同的數(shù)字電視制式，實(shí)際就是指不同的信道編碼。數(shù)字電視發(fā)射機(jī)對(duì)技術(shù)要求，一要功率放大器具有更好的線性指標(biāo)，二要采用共同放大方式（單通道）。單通道電視發(fā)射機(jī)采用了互調(diào)校正單元，還采用橢圓函數(shù)帶通濾波器，滿(mǎn)足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。

4 模擬電視發(fā)射機(jī)數(shù)字化改造方法的思考

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)常用的電視發(fā)射機(jī)有電子管、速調(diào)管、固態(tài)發(fā)射機(jī)、IOT（感應(yīng)輸出管）發(fā)射機(jī)4種類(lèi)型。除速調(diào)管發(fā)射機(jī)在非線性較大難以校正，不適合改造外，其余3種發(fā)射機(jī)都可改造成數(shù)字電視發(fā)射機(jī)。改造時(shí)，在可靠性上，首當(dāng)選固態(tài)發(fā)射機(jī)。在線性上，最好選電子管發(fā)射機(jī)。在效率上，最好選IOT發(fā)射機(jī)。從發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)上說(shuō)，模擬發(fā)射機(jī)可采用雙通道放大方式，圖像與聲音分別放大到要求的功率等級(jí)后進(jìn)行聲影合成，也可采用單通道放大方式。而數(shù)字電視發(fā)射機(jī)采用的是單通道方式，模擬單通道電視發(fā)射機(jī)升級(jí)為數(shù)字電視發(fā)射時(shí)，通常只需更換數(shù)字激勵(lì)器，其它的RF輸出單元、功率放大器、控制電路、電源和冷卻系統(tǒng)等部件，通過(guò)適當(dāng)?shù)母脑旎旧隙伎梢怨灿茫脑斐杀据^低。而對(duì)于雙通道電視發(fā)射機(jī)而言，則不適合改造為數(shù)字電視發(fā)射機(jī)。因雙通道電視發(fā)射機(jī)進(jìn)行數(shù)字化改造時(shí)，需要將原聲影合成器拆除，除更換激勵(lì)器外，還得將射頻功率放大器由雙通道改造為單通道，且還需將雙工器去掉，原圖像通道濾波器也要換成能滿(mǎn)足數(shù)字播出需要的高性能輸出帶通濾波器，改造費(fèi)用較高。總之，根據(jù)模擬電視發(fā)射機(jī)類(lèi)型、組成和特點(diǎn)的相關(guān)特性，參照數(shù)字電視發(fā)射機(jī)主要的技術(shù)指標(biāo)，從實(shí)用性、技術(shù)難度、改造費(fèi)用，單通道發(fā)射機(jī)是首選機(jī)型。

5 結(jié)論

未來(lái)幾年將是我國(guó)發(fā)射臺(tái)站模擬電視發(fā)射機(jī)向數(shù)字電視發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)變的重要時(shí)期，數(shù)模共存將在一段時(shí)間存在，其過(guò)渡期必定不短，最終模擬信道將會(huì)停止使用。在數(shù)模共存期間，模擬設(shè)備如能結(jié)合實(shí)際改造利用好，既能加快模擬向數(shù)字化的轉(zhuǎn)換進(jìn)程，還能減少大量資金投入，這是我們廣播電視工作者將要面對(duì)和思考的問(wèn)題。

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