数字电视发射机技术及应用

1、数字电视发射机技术及应用吕卫 索召和摘要本文介绍了国产数字电视发射机关键技术及产品现状，以及与国外同类 产品的比较，分析了数字发射机的关键技术指标及其意义，最后介绍了国标数字电视发射机在数字电视地面广播系统中的成功案例。关键字：DTTV，数字电视发射机、预失真技术、数字电视单频网、数字电视多 频网Digital TV Tran smissi on Tech no logyand its ApplicationBy Mr. Suo Shaohe(Beiji ng Tongfang Gigamega Tech no logy Co., Ltd., Beiji ng 100083)Abstract:

2、 This article in troduces the curre nt status of Chin ese digital TVtran smitter s key tech no logy and products, and the comparis on betwee n the formerproducts and similar foreig n products. It also an alyzes DTV tran smitters keytech ni cal parameter and the relat ing meaning. Fin ally it in trod

3、uces a typical case regard ing DTV terrestrial broadcast ing system which is successfully completed in Chi na.Key words: DTTV , digital TV tran smitter, pre-correct ion tech no logy, DTVSi ngle Freque ncy, DTV Multiple Network.1引言数字电视是未来电视发展 的方向已经成为不争的事实。由于数字电视具有图 像清晰、无噪声、无重影、多媒体等特点，所以对电视技术产生了革命性 的变

4、化。 而数字电视地面广播(DTTV )方式不但继承了传统的广播电视简单接收的特点， 而且解决了广播电视的移动接收问题，实现了“信息到人”的信息传输，所以在 未来的发展中具有广阔的市场前景。我国的数字电视地面广播传输标准在2006年8月正式颁布 (GB20600-2006)。标准发布时设立了一年的过渡期，即一年之后在全国强制实 行，目前国家数字电视地面传输标准已于 2007年8月1日起正式实施。随着国家标准的强制实施，我国数字电视地面广播将进入一个高速发展的阶 段，对数字电视发射机的需求也将大大增加。为方便用户选择和更好的使用数字 电视发射机，作者根据多年在该领域的研究和实践经验， 本文介绍了数

5、字电视发 射机的指标、产品现状、关键技术指标及在实际使用中的意义、 典型系统案例等， 希望能对读者有所帮助。2数字电视发射机的产品化早在2002年开始，随着数字电视国标的起草，国内主要发射机厂家就开始 了数字电视发射机的开发，但由于国外对其中核心技术的封锁，关键技术一直控 制在国外厂家的手中，数字发射机的关键部件一一数字激励器和单频网适配器只 能进口，严重影响了国内数字电视的产业化发展。同方吉兆和鞍山吉兆公司经过多年的不懈努力，与清化大学、上海交大等国 标起草单位合作，突破了多项关键技术，利用国标新制定这个有利契机，打破了 国外技术的垄断，在国内数字电视领域占据了有利地位。2006年底同方吉兆

6、和鞍山吉兆联合完成国标数字电视激励器的开发，该产 品具有完全自主的知识产权，并且很快的在使用中得到 了国内用户的充分认可， 四川、黑龙江、河南等省市批量应用，覆盖效果优良，取得了良好的社会效益和 经济效益。2.1关键技术的突破数字电视发射机与模拟电视发射机均为全固态、 单通道发射机，其共同点是 大功率合成、供电单元、冷却系统、控制单元等均相同，很多技术可以借鉴使用， 如模块化、智能化、自动化、网络化等设计理念，所以发射机的整体可靠性与模拟机相当在激励器方面，数字电视采用了信道编码技术，该技术即国标规定的内容， 在国标颁布以后，该部分问题已经在信道编码板中解决。但是，数字电视又与模拟电视有很多区

7、别，如基带预矫正、平均功率、低相 噪本振和单频网技术等，上述技术是数字电视发射机产品化过程中必须解决的关 键技术，可直接影响到数字电视发射机是否可以商用。2.1.1基带预失真技术（线性、非线性）在数字电视发射机中一项最关键的技术就是基带预矫正技术， 用以抵消发射 机功率放大器带来的非线性失真，提高功放的利用效率；同时还可以校正末级带 通滤波器或多工器的幅度和群时延频响，提高发射系统的 MER。由于数字信号为宽频谱信号，当功放使用在非线性区时会产生大量的互调干 扰，导致输出信号信噪比变差，不能正常接收。如果功放完全使用在A类线性区，则效率太低，整机功耗太大，不但 增加运行成本，而且发射机可靠性差

8、。采用基带预失真技术可以解决上述问题，其原理如下：1）基于FPGA硬件平台，在基带数字域 上实现非线性预校正功能，用来补 偿发射机末级功放的非线性失真。并且，该预校正算法可以产生与频率相关的非 线性校正特性，对热记忆效应明显的高功率功放有明显的校正作用。2）通过数字FIR和IIR滤波器，产生用户所需的幅度和群时延频响，用来校正发射机末级无源系统的线性失真。其中，群时延预校正量不小于300ns,幅度频响的预校正量大于3dB。3）通过PC机上的工具软件，可以方便的调节线性和非线性预校正特性。采用基带预矫正技术后改善的发射机输出频谱图如下：图1.基带预失真带来的效果2.1.2功率检测技术在发射机整机

9、控制中最主要的参数是检测输出射频功率， 一般通过检波器来 实现。但是对于模拟电视和数字电视而言， 由于输出射频波形不同，所以检测功 率差异很大，不能通用。如下图所示。时间第4页共10页第#页共10页图2. 数字电视RF输出波形 口电平20% 血也平76% 同步100%第#页共10页图3. 模拟电视RF输出波形同方吉兆和鞍山吉兆采用数字采样技术，解决了数字功率精确检测的问题,已经开发出模数通用的功率检测系统可以满足整机精确控制的要求。2.1.3低相噪捷变频技术在数字电视信道编码调制中对本振信号的相位噪声要求较高， 本振信号不但 要宽频带捷变频，还要保证很低的相位噪声，否则带来 MER变差，接收端

10、无法 正确接收，如下图所示。图4.相噪对数字信号（星座图）的影响o 要解决上述问题，必须采用高稳定的参考源和高中频变频技术。同方吉兆和 鞍山吉兆激励器采用了两次变频方案，以满足捷变频功能的需求。第一次将中频 信号与1.225GHz的本振混频做上变频，取其上边带，得到中心频率为 1261.25MHz的调制信号；第二次变频用频率为 fc+1225MHz+36.125MHz （其中 fc为所设频道的中心频率）的本振信号与第一次的混频结果作下变频混频，取其 下边带为最终的射频输出。频率综合及上变频模块采用基于PLL的频率综合技术产生所需的两个本振信号，并完成两次变频功能。另外，此模块还要产生 30.2

11、4MHz的参考时钟，供给基带处理系统使用。2.1.4单频网技术未来数字电视系统可实现多台发射机用同一个频率同步播出，即单频网系 统，目前国外产品通常采用欧洲标准，但中国单频网采用国家自己的标准（GY/T229.1）,同方吉兆和鞍山吉兆开发的数字激励器能满足未来国标的要求。2.2与国外产品比较国外数字电视发射机产品已经有十几年的历史， 技术趋于成熟，但主要是基 于DVB-T、ATSC等国外标准。目前主要在水冷发射机、数一模一体数字激励器、 缝隙填充器等方面处于领先地位。国产数字电视发射机产品只有几年的历史，但由于有多年模拟发射机的技术 积累，所以发展迅速。特别是在 2006年国标数字激励器开发成

12、功后，由于关键 技术的突破，产品化进展很快，目前设备技术水平已经与国外相当。在国标发射机产品方面，由于国内厂家得天独厚的条件，与国标起草单位合 作，参与国标试验等，掌握了国标的最新技术（如单频网技术，覆盖测试参数等）， 所以在国标数字电视发射机产品方面处于领先地位。2.3服务方面的优势国产设备在配合国标的推广中具有明显的优势，包括在国标多载波、单载波标准的升级，国标单频网标准的升级等方面等。未来数字电视覆盖网是一个系统工程， 而且是一项新技术，在前期的网络规 划、覆盖设计中需要根据当地的地形条件、 现有资源等实际情况进行设计，没有 统一的解决模式，所以国内企业在前期技术支持和售后服务方面具有较

13、大的优 势。3数字发射机主要技术指标及意义3.1主要技术指标（GY/T229.4）z 适用范围：MFN/SFNz 调制标准：GB20600-2006z 输出功率：标称功率（rms）z 输出功率稳定度：土 0.5dBz 带内平坦度：土 0.5dBz 带肩 IMD : 36dB （ 4.2MH2z 调制误差率MER :优于32dBz 频率准确度：土 100Hz（MFN） , Hz （SFN）z 频率稳定度：1E-7（内参考源）,1E-10（外参考源）z 杂波抑制：为0dB （滤波器后）z 整机效率优于15%3.2主要指标的意义输出功率：数字发射机的输出功率为平均功率，与以前模拟发射机的标称功 率概

14、念不同，不同的调制标准峰均比也不同。通常1KW rms的数字发射机相当 于3KW模拟电视发射机的功率容量，功放模块配置、电源配置等基本相同。调制标准：规定了发射机的制式，国标信道调制功能要符合“数字电视地面 广播传输系统帧结构、信道编码和调制”(GB20600-2006)。2带肩：该指标直观地显示了输出信号的“载噪比”，带内主要为有用信号，肩”部为互调干扰信号。如下图所示:RL-27d0O5d0/图5.典型的数字发射机输出频谱通过“载噪比”可基本反映出发射机输出信号的“信噪比”，即信号输出质 量。MER :调制误差率MER是衡量发射机输出信号质量的根本指标，其原理如 下图所示：误差矢量由发射机

15、内的噪声引入，如本振的相位噪声、功放的热噪声等等。 误差矢量越小，说明发射机输出信号质量越好。图6. MER指标定义在具体使用中，MER指标对系统的覆盖范围有影响，在相同的发射条件和 空间场强满足接收机门限的条件下，MER指标的优劣将影响到系统的覆盖范围 如下图所示。第9页共10页图7. MER指标对覆盖的意义整机效率：整机效率为输出功率（平均功率）与整机功耗的比值，实际效率 般优于模拟发射机的效率。4成功案例目前国内大部分省市已经开播数字电视地面广播，2006年以前的系统主要进行移动覆盖，2006年以后开始发展数字电视固定覆盖系统。数字电视用于固定覆盖具有建设周期快、成本低、覆盖范围广的巨大

16、优势。让郊区、农单个发射台站同时采用4个以上频道播出，每个频道可以传输 10套左右标清数 字电视节目，4个频道可以同时传输40套以上数字电视节目，覆盖半径几十公 里以上，可有效的解决郊区和广大农村地区老百姓看电视难的问题，村老百姓享受到与城市居民同等的文化生活服务。典型的发射系统框图如下:同轴开关多工器（四工器）馈线四偶极子天线第10页共10页第#页共10页/ 1 A*r -|1Ijl d射射射射:负1|i | jl机机机机;载* *丿丿/远程监控系统 1机房配电系统图8.固定覆盖发射系统某省两个数字电视发射点于2007年初正式开播，该系统采用鞍山吉兆国标 多载波方案发射机，每个台站 4个发射频率，播出40套以上数字电视节目。发 射机功率采用1KW数字功率，天馈共用，发射天线相对高度 120米，覆盖半径 40公里以上，覆盖效果良好，用户发展较快，获得较好的社会效益和经济效益。 目前该系统正在扩大，开始向省内推广。站点发射机设备配置如下图：图9.发射系统安装图某省某地级市于2006年底开播数字电视地面广播，采用鞍山吉兆国标单载 波方案发射机，5个发射频率，播出45套以上数字电视节目。发射机功率采用 0.8K