淺析地面數字電視發射系統信號失真問題

張宇

摘要 文章系統歸納總結了引起地面數字電視發射系統信號失真的具體原因，探討了改善電視發射系統信號失真問題預校正功能的作用和發展空間，并對當前存在的技術和研究熱點做了簡單分析。

關鍵詞 信號發射；信號技術；數字電視

中圖分類號TP3 文獻標識碼A 文章編號2095—6363（2017）03—0067—02

目前，被國際電信聯盟（International Telecommunication Union，ITU）采納的地面數字點數傳輸標準有美國高級電視系統委員會標準（Advanced Television Systems Committee，ATSC）、歐洲的數字視頻地面廣播標準（Digital Video Broadcasting Terrestrial，DVB-T）和日本的地面綜合業務數字廣播標準（Integrated Service Digita]Broadcasting Terrestrial，ISDB T）。我國的地面數字多媒體廣播標準（Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting，DTMB）在2011年被ITU接納成為地面數字電視D系統。

我國地面數字電視廣播憑借信息安全性高、方便攜帶、抗干擾強以及覆蓋廣等優勢在近年來日益顯現其重要性，成為人民群眾必不可少的電視傳播途徑。而地面數字電視廣播系統的核心就是數字電視發射系統，它的質量直接影響電視廣播的覆蓋和信號效果，因此，探討影響數字電視發射系統信號失真的原因，具有重要意義。而功率放大器是組成數字電視發射系統中最重要的部分，其作用就是把激勵器所產生的射頻信號進一步放大，經放大后獲得足夠的射頻功率，把信號饋送到天上去。在理想情況下的功率放大器，其輸出信號和輸入信號應當一致，即波形相同。然而在實際中，輸出信號卻無法與輸入信號完全一致，這種現象稱為失真。即主要是功率放大器造成了發射系統中信號失真，下面探討功率放大器信號失真的原因。

1功率放大器信號失真問題分析

在發射系統中常見的失真類型有2種：分別是線性失真（Iinear distortion）和非線性失真（nonlinear distortion）。

1.1線性失真

傳輸的信號有3個主要特性：頻率、幅度和相位。只有這3個因素都正確，信號才能被完美地再生和體現，而不會出現所謂的失真。常見的線性失真的原因有以下幾種：1）功率放大器運作時有不同的電容相互影響，導致對輸入信號產生不同程度的增益與相位，即功率放大器的頻率特性不良好干擾了信號傳播；2）發射鏈路中各級濾波器的帶內不平坦造成的線性失真；3）即使信號在不同頻率的幅度相應是正確的，但如果整個發射鏈路中不同頻率的群延時不相等，也會導致線性失真。所謂群延時，就是系統在某頻率處，相位相對于頻率的變化率。群延時的指標也經常用來表征系統線性失真的程度；4）整個發射鏈路中各個模擬器件之間的連接可能存在阻抗不匹配的現象，這些阻抗不匹配會導致器件之間的信號反射，從而引起帶內頻譜波動，產生線性失真。

信號線性失真雖然沒有產生新的頻率分量，但是產生的相應幅度失真、相位失真和群延時失真等問題，從而影響發射信號質量，損耗發射功率，降低發射效率。直接測量線性失真度往往需要專業的、帶有解調功能的精密測試儀器才能進行，因此為了降低現場操作的不便性，在實際中常常通過發射機關鍵指標來衡量線性失真的程度，例如通過帶內平坦度和調制誤差率兩個指標。當輸出信號的射頻指標能夠滿足包括帶內平坦度和調制誤差率在內的標準要求時，往往就認為輸出信號的線性失真在可允許的范圍內。這樣的簡化操作既在合理的基礎上對降低發射系統線性失真提出了量化要求，也簡化了對日常的監測和測量設備的要求，具有積極可靠的現實意義。

1.2非線性失真

非線性失真即功率放大器中的輸入與輸出信號不是呈現線性關系，最終導致輸出的信號有新的射頻成分，源信號的頻率改變。常見的非線性失真的原因有以下幾種：1）模擬器件本身的非線性特性導致非線性失真，常見的是功率放大器工作時的位置設置不當的靜態工作等位置設置不合適或者輸入信號過大有關；2）生產廠商為了提高功率放大器的效率，上調各級的放大器的輸出功率，忽略了其線性度，當信號比較高時很容易造成非線性失真。

非線性失真的危害主要集中在2個方面，一是會造成相鄰的信號道干擾，也會使得帶外頻譜重生。二是造成信號質量差，誤差矢量增大，因為有效帶寬內的信號互調失真。而解決線性度和工作效率之間的矛盾的一般方法是常用的功率回退法。這種方法是通過將放大過的功率回退，恢復原來的線性，但是也使得工作系統的效率降低。同時，該方法存在比較多的缺點，例如相關的設備成本大大增加，有時為發射系統成本的1/3左右。其無法充分利用電源，浪費了很多電能和部分功率放大器，也不符合環保理念.

2預校正方式的作用

2.1預校正

所謂的預校正就是提前對進入的輸入信號進行幅度與相位的預演，假設在已經失真的情況下進行的一種抵消整個發射鏈路的失真的一種操作方式。也可以把預校正看作一個能夠抵消功率放大器以及其他部件產生的線性失真與非線性失真的一個器件，這樣一來會使得預失真器件在內的整個發射鏈路成為一個完美的線性系統，輸入信號可以完美的放大，發射出去的信號更為優質。在2008年頒布的標準GY/T229.2—2008中也要求對該器件必須具有線性和非線性預校正功能。

2.2預校正的缺點

預校正技術真正實施很難，因為模擬預校正會受到來自自身的白增福效應以及功率放大器里面的更高的高階非線性特性約束，而低階預演的模擬失真必然會導致高階線性非特性的產生，無論低頻中頻或者高頻，后接入的混頻器和濾波器都會有時間上的延遲，這些都會對預校正的結果產生影響。

總之，預校正技術存在實際操作復雜、難以調控、準確度差等缺點，在實際操作中還會由于其他因素產生干擾，應用還不成熟，這也限制了其推廣與應用。

2.3預校正的發展探討

相比較模擬預校正技術措施，數字基帶預校正有很多的優點，它的操作模式是在信號進入放大功率器之前，對要輸入的信號進行預先的反向失真，這樣可以在數字化范圍進行數字信號處理，避免了模擬預校正技術的自身增益效應，從而能很好的處理線性和非線性失真。數字基帶預校正只需要使用少量的器件，成本低，其次該技術并不依賴于系統的工作頻率，更不涉及模擬校正技術那樣的復雜信號處理，均轉換為數字化操作，方便調控，精度高，而其穩定性相比以前的技術卻要高得多。

因此，數字基帶預校正技術會是將來數字電視信號發射系統發展的必經之路，尤其是新發展的自適應預校正算法，減少了人力的浪費，而其由于是能夠隨放大器變化的隨機模型，因此對具有記憶功能的功率放大器同樣可以進行校正。現在學著研究熱點集中在神經網絡預失真、DSP自適應算法等領域。

3結論

預校正技術大大改善了線性與非線性失真的狀態，同時也提高了功率放大器的效率后，即在相同條件下能發射更大的功率，明顯改善了信號質量和覆蓋效果。另外，預校正功能大大降低了設備成本和人力成本，電能的利用率大大提升，符合能源綠色環保理念，必將開創一個新的世界。