淺談地面數字電視預校正技術及實例分析

蔣斌貴 何 宇

一、引言

隨著中央廣播電視節目無線數字化覆蓋工程的啟動，近幾年來廣西全區的地面數字電視迎來了快速發展。數字電視與模擬電視相比，有許多明顯的優勢，例如，單臺發射機可同時播出多套節目、信號易于傳輸和存儲、節目傳輸質量高、抗干擾能力強以及無噪聲積累等。面對新設備、新技術，做好地面數字電視的運行維護管理工作，需要熟練掌握數字電視的相關技術和標準，其中包括激勵器的預校正功能。使用預校正功能和技術，可改善數字電視的相關指標，提高覆蓋效果，保障設備穩定運行，確保數字電視節目安全播出。

二、預校正的成因與原理

在地面數字電視發射系統中，前端信號TS流進入激勵器后輸出射頻信號，功率一般都很小，需要經過前級推動單元和功率放大器放大，獲得一定的射頻功率，最后送到天線上發射出去?？梢?，功率放大器在發射鏈路中起著非常重要的作用。理論上，功率放大器輸出信號和輸入信號的波形應該一致，盡管兩者存在時間差，幅度上也有差異。事實上，因為存在許多其他因素，功率放大器前后兩端的信號波形不可能完全一致，此現象被稱為失真。在功率放大器中，常見的失真類型有線性失真和非線性失真兩種情況。

線性失真是指出現群時延、相位失真以及幅度失真等情況，它不會生成新的頻率分量。由于功率放大器的頻率特性不平坦，信號的相關特性發生改變，從而導致發射效率變差，發射功率降低，信號傳輸質量變弱，覆蓋效果也變差。

非線性失真是指出現諧波失真、互調失真等情況，功率放大器前后兩端的信號不是線性關系，頻率線性度變差，末端信號中存在新的頻率分量。輸入信號過大、功率放大器中的非線性器件或者功放靜態工作點設置不合適，都是導致非線性失真的因素。非線性失真會造成有效帶寬內信號的互調失真，使得MER（調制誤碼率）變小，誤差矢量幅度變大，信號質量變低，同時也會造成帶外頻譜再生，引起鄰信道干擾。

為減少發射系統的非線性失真，盡可能使用線性功率放大器，同時還可以采取功率回退法和預校正技術兩種措施。功率回退法，是指適當降低功率放大器的功率，使它工作在線性且無失真的狀態。

在實際運用中，功率回退法不能達到滿意的效果，具有一定的局限性，而預校正技術正好可以彌補這個缺陷。并且標準GY/T229.2-2008中也明確提出，激勵器需具備線性和非線性預校正功能，以改善發射機輸出信號的頻譜特性。預校正就是指在激勵器中完成信號的預先校正，即提前對信號的相位和幅度進行預失真操作。初看起來，經過預失真操作后，激勵器輸出一個非線性信號到功率放大器，會加重信號的非線性度。事實上，功率放大器以及整個發射鏈路本身存在非線性特性，而激勵器輸出信號的非線性恰好與之相反，兩者相互抵消，整個鏈路相當于一個完美的線性系統，因此原信號被有效放大，系統末端輸出理想信號。

三、預校正技術的實現與發展

預校正技術一般可分為模擬預校正和數字預校正。在地面數字電視中，采用的是數字預校正，它是在基帶數字域完成的，所以也稱為數字基帶預校正。它的實現依賴于激勵器中的FPGA硬件平臺，在基帶數字域完成非線性預校正操作，從而補償發射機末級功放的非線性失真。數字預校正具有以下幾個優點：1.在全數字域內操作，便于控制，精確度高；2.擴展性好，方便融入新技術；3.需要的模擬器件少，節約成本；4.在基帶內完成數字信號處理，與工作頻率無關。

數字預校正技術在不斷發展和完善，比如新技術自適應預校正算法，通過采集功率放大器前后兩端的信號，進行比較，來判斷信號的失真程度，并根據失真程度自動進行預失真操作，即可完成預校正功能。自適應預校正算法自動化程度高、可靠性強，避免了傳統預校正需要手動操作的弊端。

四、預校正操作實例

據群眾反映，收看“村村通”無線發射臺站龍勝轉播臺300W地面數字電視DS-16頻道（498MHz）節目有嚴重馬賽克現象，該臺站使用的是成都德芯DUT-8322發射機。到現場搶修發現，該發射機功率在323W左右，屬于正常范圍，在臺站收看節目馬賽克同樣嚴重且伴隨卡頓現象，通過面板查看整機檢測數據如圖1所示，射頻左右帶肩和MER都偏低。

圖1 預校正前整機檢測數據

在地面數字電視系統中，帶肩比是其中一個重要指標，用于衡量功率放大器的線性度。帶肩是指數字電視信號經過功率放大器后，在該頻道外產生的近似連續頻譜的互調產物，呈“肩部”狀，稱為帶肩。我國地面數字電視每個頻道帶寬為8MHz，其帶肩比就是信號頻率中心的功率與偏離頻率中心±4.2MHz處的功率比值。需要注意的是，在DTMB發射系統中，激勵器和發射機的帶肩比的指標規定是不同的，激勵器帶肩比要求≤-48dBc，發射機帶肩比要求≤-36dBc。一般來說，功率放大器線性度越好帶肩比越高。但通常為了提高功放的效率，不顧及功放的線性度，從而造成信號失真，引起頻帶內外信號相互干擾，頻譜被改變，帶肩比指標變差。

MER也是地面數字電視的重要指標，它和基帶信號的信噪比（S/N）有點類似。在DTMB發射系統中，MER要求≥32dB。MER越大，說明調制系統越好；MER越小，說明信號傳輸質量越差，會出現卡頓或馬賽克現象，嚴重時可能會出現黑屏現象。

分析收看數字電視節目有馬賽克現象的原因，可能是功率放大器功率過大導致非線性失真引起的，也可能是沒有對激勵器進行預校正操作引起的。首先，通過功率回退方式降低發射功率，但并未改善接收效果，可見不是功率過大的原因。其次，嘗試通過預校正方式看是否能改善帶肩比和MER等指標，并解決此故障。以下為預校正的具體操作步驟。

首先，在發射機主控單元面板中，將射頻切換單元設置在手動狀態，避免在預校正過程中主備激勵器自動切換，影響預校正操作。然后，手動選擇要進行預校正的激勵器（主或備激勵器），并依次按以下步驟對激勵器進行操作：1.打開激勵器主菜單，進入“輸出設置”選項；2.選擇“數字預失真”；3.進入“非線性預失真”；4.選擇“打開”預失真，進入預失真操作；5.在預失真操作下選擇“更新”；6.開始預失真校正；7.預失真校正成功；8.得出最優帶肩數據；9.保存激勵器參數，選擇“是”進行保存。

如圖1所示，預校正以前，射頻左右帶肩分別為31.2dB和29.0dB,換算成帶肩比就是-31.2dBc和-29.0dBc，可見左右帶肩比均≥-36dBc，且 MER為27.6dB≤32dB，指標不合格，信號質量差，覆蓋效果不好，所以在當地收看電視節目有馬賽克現象。預校正操作完成后，如圖2所示，可以看到左右帶肩為51.1dB和50dB，即左右帶肩比均≤-36dBc，MER為45.1dB≥32dB，所有指標均已經達標，且改善明顯，實地收看該頻點的數字電視節目恢復正常。

圖2 預校正后整機檢測數據

五、結語

使用預校正功能，可以改善功率放大器的線性特性，在一定范圍內，使其工作在恰到好處的放大狀態，并能有效提高其效率。也就是說，在同等輸入功率條件下，發射機可以輸出更高的功率，增強覆蓋效果?；蛘哒f，在滿足同等輸出功率條件下，可以適當降低發射機輸入功率，既可以減少代價，又能節約能源。另外，通過實例分析可知，在地面數字發射機的運行維護管理中，不僅要注意發射機的功率設置是否合適，還要注意帶肩比和MER等其他關鍵指標是否合格。