DRM广播链路中的射频发射环节,DRM发射机改造天线系统

1、    DRM广播链路中的射频发射环节,DRM，发射机改造，天线系统1引言世界数字广播联盟标准（DRM）针对30M赫兹以下调幅广播波段的数字化、是唯一的非专利数字标准，在国内，已进行过多次开路试验，在国际上，DRM广播的日常播出时间也呈现快速增长的趋势。DRM基带信号的生成过程，包括信源编目、信道编码、正交频分复用调制（OFDM）以及编码/调制参数的选取，已有诸多文献，本文所讨论的问题是，如何将前端编码/调制器生成的DRA基带信号变换到射频域并发射到空中。2DRM基带信号变换DRM基带信号为1 引言世界数字广播联盟标准（DRM）针对30M赫兹以下调幅广播

2、波段的数字化、是唯一的非专利数字标准，在国内，已进行过多次开路试验，在国际上，DRM广播的日常播出时间也呈现快速增长的趋势。DRM基带信号的生成过程，包括信源编目、信道编码、正交频分复用调制（OFDM）以及编码/调制参数的选取，已有诸多文献，本文所讨论的问题是，如何将前端编码/调制器生成的DRA基带信号变换到射频域并发射到空中。2 DRM基带信号变换DRM基带信号为数字信号，以模拟方式完全射频发射。DRM发射已不再是简单的调试方式，而是采用调幅/调相方式，对DRM基带信号进行上变频，变换到射频域，通过天线发射出去，信号变换过程如图1所示。实用中，一般不直接采取图1所示的信号处理过程，而是由I、

3、Q信号变换为相位信号，幅度信号，为模拟载波进行相位、幅度调制。不同类型的发射机，从DRM基带信号到射频信号的变换过程是不同的。对于非线性类型的发射机，如脉宽调制（PDM）发射机（电子管或固态）、脉冲阶梯调制（PSM）发射机、数字调幅（DAM）发射机（包括DX系统、3DX系统），以及电子卷乙类屏调发射机、信号变换过程如图2所示。当然，乙类屏调机是最不适合DRM改造的机型。 需要在原有发射机的基础上增加DRM编码/调制器、数字频率合成器。DRM编码调制器产生的DRM基带信号为I/Q分量信号，以及通过I/Q分量信号计算得到的包括信号A。I/Q信号为数字信号，在频率合成器中进行相位计算，并对

4、直接数字频率合成器（DDS）产生的射频载波信号进行相位调制，相位调制的射频载波馈入发射机、代替发射机激励器产生的等幅载波，包络信号馈入发射机音频输入端口，利用发射机的调幅功能实现对调相载波的幅度调制，发射极输出的是幅度，相位同时被调制的模拟正弦信号。但Thales公司（现为Thomson）的TSM2500型500kWPSM短波发射机，由于采用全数字域的信号处理方法，在发射机内部完成从I/Q分量信号到包络信号的变换过程，DRM编码/调制器只需输出两路相同的I/Q分量信号，一路馈入数字频率合成器，另一路馈入发射机。将来的线性发射机，只有射频放大链路，实现DRM广播相对简单些，在频率合成器内完成相位

5、提取和包络提取，并产生调幅、调相的射频信号，发射机仅仅是对射频信号进行线性放大、如图3所示。Thales公司生产的M2W系统中波广播发射机，从结构上说，属于非线性发射机，但从整体功能看，非常接近线性发射机，由于采用全数字域信号处理方法和先进的数字信号合成技术，发射机本身就具有从I/Q分量信号进行包络、相位提取功能和调幅、调相功能，是实现DRM广播最简单的机型，只需直接输入DRM编码/调制器产生的AES/EBU格式的I/Q分量信号，如图4所示。M2W发射机的信号处理和变换全部采用数字方式，省去了幅度调制过程的模拟环节，因而也是信号变换精度最高的。DRM信号的特征，对发射机提出更高的要求：（1）较

6、宽的音频输入带宽；（2）较宽的射频输出带宽；（3）较高的峰值功率输出能力；（4）良好的线性特性。DRM基带信号为多载波信号，功率密度函数在整个信号带宽内均匀分布，与模拟调幅信号不同（绝大部分能量集中在中心载波及其附近），信号输入通道的带宽限制必然造成各子载波之间幅度上的差别，影响可靠接收，另一方面，DRM广播还要求信道具有足够的使延带宽，如果信道群时延特性不好，会破坏各子载波之间的相位关系，同样造成接收困难。3 原有类型发射机的DRM改造PDM发射机的DRM改造，必须拓宽用于PDM解调的低通滤波器的音频带宽。PSM发射机的DRM改造，同样要拓宽PSM调制器之后的低通滤波器的带宽，DAM或DX、

7、3DX发射机的改造，首先要旁路音频输入回路的低通滤波器，使音频输入带宽拓宽。只有M2W系列中波广播发射机，无须任何改动。输入DRM基带信号（I/Q分量信号）即可实现DRM广播。DRM基带信号采用COFDM调制方式，COFDM信号的最大不足就是峰值系数（峰值功率与平均功率之比）较高，按照统计结果，DRM信号的峰值系数为9dB左右，这就要求发射机具有较高的峰值功率输出能力。假设某模拟调幅发射机额定载波功率为Pc，最大正峰调制度为Mmax。那么该发射机瞬间峰值功率为：Pmax=（1+Mmax）2Pc用该发射机发射DRM信号时，所能发射的最大平均功率应是在Pmax基础上再下降9dB（即0.125倍）。

8、PDRM=0.125Pmax=0.125（1+Mmax）2Pc假设额定载波功率10kW，最大正峰调制140%，那么所能发射的最大DRM平均功率为：PDRM=0.125（1+Mmax）2Pc=0.125×（1+1.4）2×10=7.2kW该值为理论计算值，也是实际发射机所能接近的极限值。由于发射机本身的非线性，实际输出能力是低于该值的。最大DRM平均功率也是衡量DRM发射机发射性能的一个重要因素，在模拟方式下额定载波功率10kW的M2W系列发射机，在DRM模式下可发射6.8-7kW的DRM平均功率，保证调制误差率不大于-35dB，是现存中波广播发射机中较高的。发射机的非线性，

9、必然产生子载波之间的互调分量，造成接收端解码困难。除此之外，发射机相位调制通道，幅度调制通道之间的时延差必须控制在一定范围之内，这也是衡量发射机是否合适DRM广播的一个关键因素，一般采用手动调制和自适应控制两种方式，Thales公司的DRM专用频率合成器的时延差自适应控制是非常成功的，目前国内产品的自适应控制还处于试验阶段。值得一提的是，Thales公司的M2W系列中波广播发射机采用全数字域信号处理手段，相位调制参数和包络调制参数在每一个载波周期计算完毕，并输入寄存器，在下一个载波周期的开始时刻反映到射频放大模块的输出端，通过射频滤波器（即发射机槽路）转换为模拟射频信号，幅度、相位调制通道之间

10、的时延差不复存在。这种发射机是唯一不需要考虑延时控制的发射机机型。4 天线系统发射链路中的最后一个环节，就是天线系统了，最基本的考虑要素就是匹配带宽问题，足够的带宽是一个非常重要的问题，如果现存天线不能经济、有效地拓展带宽，数模联播模式一般不予采用。天线系统带宽限制造成的直接影响，是对DRM信号多载波幅度的不等程度的衰减、各载波之间相位关系的改变，还有可能与邻近的其他发射机相互作用，增加带外发射功率，天线带宽内平坦的响应可降低某些带外发射功率，当天线带宽与DRM信号带宽相当时，发射机接测试负载和接天线两种情况下测得的射频频谱可能有所不同，设置预校正参数时，有必要计入天线特性造成的影响。在一般情

11、况下，短波天线设计目标是在数个离散的广播波段内得到较好的匹配状况，天线带宽一般比DRM信号带宽宽许多，不会引起信号质量劣化，大多数现存短波天线可发射DRM信号而无需改动。中波天线一般调谐到工作频率，现存中波天线系统也多种多样。一个特定的天线配置的确定，是由覆盖区域所决定的，还取决于设计目的是使用纯地波传播模式、还是地波/天波混合传播模式。中波天线通常在工作频率被调整为纯电阻，在工作频率两侧，由于增加了虚部，对发射机呈现复数阻抗，对于DRM来说，中波天线优势在于天线的阻抗特性是对称的，也就是说，阻抗的虚部在中心频率两侧改变符号，并且在中心频率两侧的变化率（上升或下降）相等，如果在中心频率以下为电容性，那么在中心频率以上为电感性，反之亦然。