模拟电视发射机数字化改造方案设计与实施

1、模拟电视发射机数字化改造方案设计与实施1 引言1.1 背景简介广播电视从黑白电视、彩色电视时代，正进入数字化时代。数字电视广播技术是近几年广电总局大力推进的高新技术，这一技术的发展引发了广播电视系统的一场技术革命。一方面，人们对广播电视产品的使用和依赖与日俱增，画面的高质量、高清晰度成了人们的追求，特别是对移动接收的需求使得广播电视技术不断发展。另一方面，随着电子技术和计算机技术的飞速发展，信息获取、加工、处理、传递速度更为快捷，采用数字模式进行通信更为普及。而数字、计算机和网络技术又广泛深入地应用于广播电视领域，从而使广播电视技术能够迅速发展。广播电视正在孕育新的内涵，根据广电总局2001

2、年到2010年广播影视事业发展计划纲要要求，2006年全国大中城市实施数字电视信号的播出，2008 年奥运会全部用数字电视信号传送。中国广播电视正在进入一个数字化时代，广播影视节目从制作、传输、播出到接收将全面实现数字化。广播电视，尤其是无线发射系统，将面临着极大的机遇与挑战。数字电视地面广播在我国的一些城市已经开始。移动接收技术的发展， 使人们可以在移动中随时随地接收到各种信息。上海早在2000年就已经开始了数字无线发射的商业化运作，他们以明珠塔为中心发射台播出一套标准数字电视节目，覆盖上海市区90%，向移动载体提供数字电视接收设备和节目，在车速达到180km/h也可正常接收，仅仅通过插播广

3、告产生的效益就已达数千万元。北京等各地也陆续实现了移动数字电视覆盖，并产生了巨大的社会效益和经济效益。数字技术的飞速发展，也使得高标清电视应蕴而生。2008年1月1日，国内首个高清地面数字电视-中央台高清33频道CCTV HD在中央电视塔开播。2008年5月1日，国内首个标清地面数字电视-中央台标清32频道在中央塔开播。同日，北京电视台高清14频道开播。新的技术给科技人员带来了机遇和挑战。下一代的电视业务将是高清晰度电视和立体电视的天下。未来几年或十几年，将是我国数字电视飞速发展的时期，也是无线数字发射技术的重要转折时期。无线数字发射技术也必将应用到普通大众的日常生活，将来人们不仅能够在车上收

4、看电视，收听广播，而且可在所有移动状态下上网聊天、办公、点播喜欢的节目，在便携手持电视上欣赏节目，与远方朋友交流。还可以通过移动数字电视网络直播收看和下载观看电视节目、新闻，随时随地下载文件、游戏和点播节目。移动数字电视的大规模商用，充分显示出这一技术在产业化方面已经成熟，更显示出了运营商对这一技术所带来的巨大商机的认可。在未来，无线数字发射技术对社会生活的影响无疑会是革命性的。1.2 研究动机数字电视有着模拟电视无法取代的优势，其取代模拟电视已成为必然。随着数字信号处理技术的发展，传统信号的非线性、相位失真的累积和信噪比恶化的问题，可通过模拟信号转变为数字信号并进行数字信号的处理、存储、控制

5、和传输来解决。而激励器的数字化能极大地提高图像伴音的传播质量，降低信号的噪声，大幅度提高电视节目的清晰度。数字电视地面广播技术采用数字压缩技术，在同样清晰度和音质情况下，用户可以接收的节目数量提高46倍。在同一信道中，可同时传输附加数据和其他信息，且抗干扰能力强，覆盖区域内近场和远场的接收效果几乎相同，因此，数字电视受到了广泛的关注。数字电视广播发射系统取代模拟发射系统成为一个必然趋势。所以研究模拟电视发射机和数字电视发射机的特点，掌握模拟发射机向数字发射机转变的技术具有很大的现实意义。现在虽然数字电视发射机已经逐渐走进了发射领域，但是模拟电视发射机依然占绝大多数，多个频道依然是模拟发射机在播

6、出。如何适应数字化改造的需求，在考虑经济实效等各个方面，用最小的成本实现这个改造和过渡很重要。1.3 研究方法 首先以中央电视塔为例对地面电视发射系统作必要阐述。然后详细论述模拟电视发射机的特点以及与数字电视发射机的区别，从激励器、功放、天线、冷却系统、监控等各个方面进行对比分析。最后对模拟电视发射机数字化改造提出方案和建议。1.4 论文设想及框架 数字电视发射系统取代模拟电视发射系统是必然趋势，预期通过本次研究，能在实践中切实有助于模拟电视发射机数字化改造，给予系统操作人员有价值的参考和应对措施。第一章 引言第二章 地面电视发射系统第三章 模拟电视发射机第四章 数字电视发射机与模拟电视发射机

7、的区别第五章 模拟发射机数字化改造可行性分析第六章 数字化改造的设计和实施第七章 效果评价2 地面电视发射系统2.1中央塔地面电视覆盖目前地面电视覆盖仍然是模拟电视和数字电视两套系统，以中央广播电视塔为例，中央塔肩负着保障7套模拟电视和6套数字电视节目“安全播出、优质零秒”的重任。7套模拟电视有CCTV-1，CCTV-2，CCTV-少儿，CCTV-音乐，BTV-1，BTV-2，BTV-3。6套数字电视包括车载移动电视48CH，中央电视台高清33CH、标清32CH，北京电视台高清14CH，手机电视CMMB 20CH、43CH。中央塔作为广电总局的重要播出单位，响应总局“2015年前中央塔地面广播

8、电视系统全面数字化改造”的要求，拉开了中国地面数字电视广播的建设大幕。中央塔是国内首个高清和标清数字电视地面播出单位，构建了单载波33频道中央台高清和单载波14频道北京台高清地面发射系统，以及中央台32频道标清地面发射系统，肩负着国标地面数字电视标准的高标清频道电视信号的传输工作。作为国标地面数字电视发射的领头羊和先行者，中央电视塔对数字地面发射系统播出安全性和稳定性的实践有初步研究。但由于数字地面发射系统技术新、设备有区别于模拟设备的自身特点，这就有必要认真分析模拟电视发射机与数字电视发射机的特点，为将来全面数字化改造打下基础。2.2地面数字电视标准随着计算机技术、通讯技术的飞速发展，全世界

9、广播电视界正掀起一股数字电视开发和使用的热潮。国际上目前已经形成三种主要的数字电视标准，即美国ATSC 标准、欧洲DVB-T标准和日本的ISDB-T标准。我国也就此颁布了自主知识产权的地面数字电视标准数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制，2008年北京申奥的成功无疑为我国地面数字电视的发展提供了助推剂。不同的地面数字电视广播标准，最主要的区别是在传输信道采用了不同的信道编码与调制技术。ATSC标准采用单载波8VSB编码调制技术；DVB-T和ISDB-T都采用多载波COFDM调制技术。这三种标准的视频信源编码和复用均采用MPEG-2标准相兼容的编码方案，音频信源编码则有所区别。美国AT

10、SC标准采用dolby AC-3 标准，DVB-T采用MPEG-2标准，日本的ISDB-T采用AAC音频编码标准。在已经制定并颁布数字电视标准的国家，数字电视发射机以及相应的测试设备、测试信号源等都已经有了比较成熟的技术和产品。欧、美等主要的发射机生产厂家都已经为数字电视地面广播推出了体现各自最新技术的数字电视发射机。欧美一些国家对数字电视技术的研究较为深入，已研制出了性能完善的数字电视信号发射机。我国数字电视技术的研究起步相对较晚，还处在实验阶段。为降低成本，数字电视发射机的国产化是我国广播电视行业发展的必然趋势。3 模拟电视发射机3.1电视发射机电视发射机是无线电发射机，它将电视演播室或其

11、它地点、途径送来的信号变换到指定的射频频道，信号符合广播电视标准，功率达到规定的数值。也就是说，它是将信号调制到规定的射频载波和放大到规定功率的无线电设备。顾名思义，发射机最关键的组成部分是激励器、功率放大器和天馈线。激励器调制频率，功放放大功率，天馈线进行地面覆盖。发射机的主要组成部分框图如下图3.1：图3.1发射机组成框图3.2模拟电视发射机发射机的发展经历了从模拟到数字的转化。模拟电视发射机是将图像视频信号和伴音音频信号调制到规定的射频载波和放大到规定功率的无线电发射机。首先分析模拟电视发射机的特点。模拟电视发射机按照发射台使用形式，可以分为以下几种：全固态发射机机型从机器整体结构上分可

12、以分为并机和单机；以激励器来分可以分为双激励器和单激励器。以图像、伴音放大形式来分，分为双通道和单通道两种。并机、单机主要是以机器的数量来说的，并机一般由两个单机组成。双激励器、单激励器，主要是以激励器的个数来说的，双激励器由两个单激励器组成。并机和单机并机播出指的是两部机器输出合成，共同上天线。单机播出指的是只有一部机器输出上天线。并机系统的特点是两半各为完整的发射机可独立运行，风机、控制单元和配电装置均为相同的两套，是比较完整的冗余系统，但成本较高，多用一个双工器而体积也更大，适合于较高功率等级下（如20KW以上）使用。单机系统采用单激励器和单发射机功放形式，是只有一个机柜的中功率情况，风

13、机、控制单元、配电装置只有一个，因而冗余性不如并机方式完善，如果激励器、电控、CIN，功放甚至外电出现问题，都会造成整个系统的故障，但成本较低，体积较小。并机系统的全冗余设计可保证系统在局部故障情况下连续工作， 如果单台机器故障仍可以保证播出，只是功率降低。在单机工作方式下，即使采用激励器采用主备工作方式，功放单元采用并联形式而使可靠性得以提高，但由于发射机的结构和设计原因，实际上其电力输入只有一路，如果外电出现问题，仍容易造成停播。如果发射机的CIN或电控等公共部分出现故障，也会造成停播。对于高可靠性要求的电台，最好的方式是采用并机工作方式，采用两路外电工作。即使有一路外电或一部发射机的功放

14、单元出现问题，也仍有1/4的并机合成功率可以输出天线上。双激励器和单激励器模拟发射机按照激励器分又可以分为双激励器和单激励器两种。双激励器指的是播出时有主备两个激励器，并机播出时可以采用一个为主激励器。如果主激励器故障时可以自动或者手动切换到备激励器。单激励器只有一部激励器。双激励器的框图如下图3.2：图3.2双激励器框图双激励器方式：由于在全固态发射机中，功放单元采用的是并联工作方式，相对而言，激励器的可靠性低于功放单元的可靠性，为防止激励器故障造成整个系统停播，采用双激励器方式可以提高系统的可靠性。但对于外电电源故障造成的停播无法解决。所以一般采用并机双激励器的形式。并机情况下进行主备激励

15、器的切换使用。举例说明目前中央塔使用的7套模拟电视发射机中有6套都采用了并机双激励器播出的形式，只有6CH一套采用一主机一备机的形式。发射机播出的机型主要是东芝TU2000，是80年代末开发的电视发射机，可以由两部15kW机组成并机系统30kW播出。其单机系统组成如图3.3所示，由两部单机经过一个合成器合成上天线。单机工作框图如下图3.3：3.3单机工作框图并机工作框图如下图3.4：图3.4并机工作框图如图可见：东芝TU2000并机系统配置了双激励器和自动切换装置。射频功率放大是基于统一的1kW多级功放单元，单部发射机图像和伴音分别采用了16个和3个功放单元合成输出。采用轴流式风冷，一个功放由

16、一个电源供电。东芝这一代产品具有高度标准化系列设计的特点，VHF（H）和VHF(L)以及UHF分别只用一种1KW功放单元并具有相同外形尺寸，不同频段而同一功率等级的机型在机箱安装上是统一的。3.3双通道和单通道模拟电视发射机并机、单机和双激励器、单激励器是模拟发射机的简单区分。以图像、伴音放大形式来分，模拟电视发射机分双通道（分放式）和单通道（合放式）两种。我们主要分析双通道和单通道模拟电视发射机这两种。早先图像、伴音分开放大的发射机被称作双通道电视发射机（或分放式电视发射机），是指已调图像载波和已调伴音载波分别经过两个放大器输出，通过双工器合成送到天线。随着高线性、高增益功放器件的开发以及校

17、正技术的不断进步，已调图像、伴音信号合成起来，在一个信号通道进行放大成为可能，于是出现了现在通称的合放式电视发射机。因为图像、伴音在一个通道放大，所以在我国也被叫作单通道电视发射机。单通道和双通道都采用中频调制的方式。主要差别是：图像和伴音合成的位置不同。单通道中图像和伴音在激励器中采用互调校正，小信号合成，在中频低电平上，已调图像载波和已调伴音载波便合成一路，然后上变频到指定频道，再经过同样的射频功率器放大，通过滤波器滤波送到天线。而双通道中图像和伴音分别经过各自功率放大器放大以后，通过双工器合成一路，再去往天线。所以，双通道电视发射机有双工器，而单通道电视发射机没有。单通道电视发射机框图如

18、图3.5，双通道电视发射机框图如图3.6：图3.5单通道电视发射机框图图3.6双通道电视发射机框图首先从激励器系统图详细分析两者的不同。单、双通道激励器比较目前中央塔使用的44CH发射机为单通道模拟电视发射机，其它模拟电视发射机均为双通道。单、双通道发射机的激励器均为模块化设计，相同的部件为视频处理器、彩色均衡器、图像中频调制器、伴音中频调制器、中频增益DG校正器、中频相位DP校正器、混频器，以及都有电源、取样与显示、控制等组成。不同的是互调校正电路。如图可见，单通道比双通道多了互调校正器，互调校正器就是小信号图像和伴音合成的位置。从互调校正器以后，信号合为一路去功率放大器。而双通道激励器的输

19、出为图像和伴音射频信号，分别去往图像功率放大器和伴音功率放大器。下面具体分析激励器系统。1、视频处理器 此单元用来稳定及调整输入的视频信号给电视发射机。对于视频输入信号，降低哼声噪声和低频波形失真，稳定输入的视频信号电平，（自动电平控制），并进行同步电平调整和图像电平调整，以及同步信号再生和同步脉冲输出。2、彩色均衡器 此单元用来补偿电视发射机的包络时延。3、伴音中频调制器伴音中频调制器为直接调频方式，将输入的音频信号直接调制到31.5 MHz的伴音中频载波上，其电路包括音频处理和中频调制。4、图像中频调制器图像中频调制器是将输入视频信号进行稳幅、箝位等处理后调制到38MHz中频载波上，并通过

20、残留边带滤波器，滤出所需边带信号，供其它中频校正模块使用。5、图像中频增益DG校正器DG (微分增益)：在PAL制电视信号中，彩色信号是调制在频率为4.43MHz的色度副载波上，而色度副载波又是叠加在亮度信号上的，色副载波的幅度决定彩色信号的饱和度。视频信号的DG失真是指系统的增益特性随输入信号的电平而变化。通俗的说，由于亮度消隐电平变到白电平时，在视频通道输出端产生色度信号幅度的变化，这样，在亮的部分和暗的部分，其彩色饱和度，色调（尤其是饱和度）均有不同的变化。图像中频增益校正模块用来补偿电视发射机功放单元造成的幅度线性失真。6、微分相位DP校正模块DP（微分相位）：在PAL制电视信号中，彩

21、色信号是调制在频率为4.43MHz的色度副载波上，而色度副载波又是叠加在亮度信号上的，色副载波的相位决定彩色信号的色调。视频信号的DP失真是指系统的相移特性随输入视频信号而变化。传输线路上的相移量随不同亮度电平而变化，则色同步和色副载波之间相移就起变化，于是画面亮的部分和暗的部分的色调就不同。微分相位校正模块用来补偿电视发射机功放单元产生的相位非线性失真。7、互调校正器互调校正模块信号流程方框图如图3.7所示。互调校正模块接在DP校正模块后面， 用于实现图像中频和伴音中频的合成以及校正整机的互调指标，同时兼顾整机的DG指标。图3.7互调校正信号流程方框图互调校正电路由图像、伴音合成单元、同步扩

22、张单元、互调校正单元以及中频AGC单元4部分组成，使信号预先产生一定的反向失真，以抵消末级功放产生的互调失真。由DP校正模块输出的图像中频信号经放大，送到同步扩张电路，使中频信号的正负半周在相等电平处具有相同的扩张。同步扩张后的图像中频信号与伴音中频调制器输出的伴音中频信号经过合成后，送到DG校正单元，经过放大，分成线性和非线性两条支路。非线性支路再分成两条校正支路，经过非线性放大后，会产生一定的失真，失真信号再经过合成器与线性支路信号相加后输出。通过调节校正量电位器可控制预失真的大小，即校正量的大小。经过校正后，信号幅度变化较大，需要有AGC电路来稳定合成的中频基带信号的幅度。AGC电路是通

23、过3个二极管组成的电调衰减器来实现控制。信号经放大后，经过峰值检波、放大形成AGC电压来稳定输出幅度(AGC电压大小可调)。为消除瞬态过冲设有前馈保护电路，在中频信号过小时会拉掉AGC电压。8、混频器混频器的作用是将中频信号变换成指定频道的射频信号。混频器单元对收到的电视中频信号和本振信号进行混频，输出特定的电视频道的射频信号。只需更换本振单元和混频器单元，即可适用于任何频道。9、激励功放混频器输出的0 dBm射频信号经激励功放放大27 dB后，送到末级功放放大到12W 输出。10、取样、显示及控制电路激励器中使用单片机监测各个放大器的工作状态，调测各个校正单元的校正量，控制伴音中频的输出等。

24、有一套激励器的监测、调整软件，可以利用普通微机监测状态，调整指标，控制激励器的状态。信号经过激励器出来以后，要经过放大器进行放大。单通道发射机激励器出来的一路合成信号直接进入功率放大器输出后上天线。双通道发射机激励器出来的图像、伴音信号，分别进入图像放大器和伴音放大器。图像放大器和伴音放大器最终的输出都去往双工器合成，然后输出上天线。下面分析双通道模拟电视发射机双工器。双通道双工器双工器的基本功能是将图像及伴音输出的射频信号相加并将其送上发射天线。1kW电视发射机双工器吸收功率正常值为4-16mA，如果大于50mA，即为吸收功率过大。目前使用的双工器多为三分贝定向耦合器式，其基本构成为一微波无

25、源四端网络，所用器件为同轴元器件及谐振腔体，其原理图如图3.8所示。图3.8双工器原理图图中：W1、W2：3dB定向耦合器Z1、Z2：fv4.43MHz陷波滤波器Z3、Z4：伴音谐振腔3dB定向耦合器是由一个金属外壳和壳内二根互相平行的/4波长金属板（带状耦合线，也称芯板）组成的，3dB定向耦合器的基本特点是：端子1和端子2为耦合端，信号经耦合端后，在端子2得到的信号其功率为端子1处信号功率的二分之一，其相位与输入信号同相。端子1和端子4为直通端，信号经直通端后，在端子4得到的信号其功率也是端子1处信号功率的二分之一，但其相位与输入信号相差90°。反射腔对与腔体谐振点相同的频率呈一短

26、路点，产生全反射，不使其通过，两个腔体的谐振频率为fv+6.5MHz，另两个腔体的谐振频率为fv4.43MHz，分别称为伴音腔和4.43腔。当图像信号输入至W1端子1后，端子2得到的是同相二分之一影入功率信号，端子4得到的是相位差90°的二分之一影入功率信号。这两路信号分别经同轴馈管传输到W2的端子2和端子4，中途Z1和Z2将影入信号频谱中位于fv4.43MHz的频率处的能量反射至负载端吸收掉，而Z3和Z4除对图像频响特性的高端有影响外（这种影响在图像功率放大器和激励器内部可以得到补偿）对影入信号不构成其他影响。影入信号到达W2时，经端子2、端子3构成的直通端后产生90°相

27、移，而经端子4、端子3构成的耦合端后相位不变。这样，前面所说的两路信号当到达W2的端子3时同相相加成一路合成信号，其功率和影入功率相同。与此同时，信号也要从W2的端子4直通到达端子1，从W2的端子2耦合到端子1，但这两路信号到达端子1时呈反相抵消状态，不会对声入信号形成干扰。声入信号经W2后也被分成两路相位相差90°的半功率信号，但由于Z3、Z4是谐振在伴音载频fs上，这种谐振特性对伴音信号构成全反射，使两路半功率伴音信号反回W2，在端子3形成同相相加且与图像信号一起送上天线，但在端子1形成反相相抵消，当然，所谓全反射仅是理论上的，实际情况总有一部分伴音信号传输到W1的端子2和端子4

28、，W1作用的结果使得端子3得到同相相加的伴音信号，被吸收负载R1吸收掉，而端子1得到反相相加的伴音信号，从而不对影入信号形成干扰。这样，图像功率和伴音功率由3端合成输出至天线，实现了两相隔离，吸收负载吸收的功率只有fv-4.43MHz分量。单、双通道比较根据实践经验，合放方式时功率容量要比分放方式的图像通道容量大(1+1n)的平方倍。n为图像、伴音功率比。例如，当n=10时，合放时的功率器件比分放时图像功率容量大致要大1.73倍。或者说，10kW的只图像功放的器件，在合放时最多只能用来作5kW的功放。这就是说，对相同等级的发射机来说，合放时的功率器件要贵些。此外，在分放时只需要对DG、DP进行

29、校正；而合放时，由于伴音的加入，成为三者（图像载波fv、伴音载波fs和色副载波fsc）相互在非线性器件中作用，从而形成+-pfv、+-qfsc、+-rfs（式中p、q、r为任意正整数）许多互调分量。通常对一些主要的带外互调分量，例如：+fv+fsc-fs，-fv+2fs，2fv-fsc，2fv-fs等还要采取滤波措施，即需增加陷波器；对带内主要互调分量fv-fsc+fs也要采取措施，例如通过校正将其压低到-50dB以下，即需增加互调校正电路。但是由于合放方式兼具了伴音通道，省去了专门的伴音通道，省去了大功率双工器，因此，体积、总成本等还是优于分放方式。加上合放方式的变频和射频部分与电视差转机一

30、样，因而可以在只增加接收部分的情况下，实现发射机差转机两用。所以，在中、小功率的电视发射机的设计、生产中合放方式也受到欢迎。全固态模拟电视发射机可以用分放式，也可以用合放式，两者各具特点。从性能、成本、效率、体积、故障率等准则作比较时同样与输出功率等级和功放管的制造水平有关。合放式存在互调（以及交调）恶化传输质量的潜在问题，因而对功放的线性有较高要求，致使功放管的线性输出能力将较低。分放式不存在互调问题，功放管的输出能力可充分利用，但输出有双工器，将构成一定高频损耗，而且常规结构的双工器体积较大。高频大功率晶体管的输出能力低而且线性较差。甲类线性放大时能得到良好的互调指标，而且对环境条件和电源

31、变动不太敏感，因而适合于分放式运用。但效率太低，输出功率也太低，甲类功放单元中输出最高的仅为VHF180W;UHF50W（如LGT公司）。甲乙类晶体管功放效率较高，并可充分利用器件的输出能力，但线性较差，更适合于分放式使用。为提高晶体管功放在分放式运用下的输出能力，日本从70年代中期开始，美欧从80年代中期开始，先后在分放式功放系统中采用甲乙类工作的晶体管功放单元。当前甲乙类功放单元分放式运用时的输出能力已达千瓦等级，合放式运用时的输出能力大体减半，且其互调随工作点的变化很临界。这意味着同样输出功率下，合放式运用时并联工作的甲乙类功放的数量（或晶体管数）将是分放式运用时的两倍，因此合放式全固态

32、机型只适用于低功率情况。当前在日本，由于开发了小型化，低成本的低功率双工器，500W及其以上采用分放式。全部甲类工作的合放式功放系统，仅用于100W以下的小型设备。法国LGT公司2kW以上为分放式，500W至2kW兼用分放式和合放式。全部甲类工作的合放式功放系统VHF最高2kW，UHF最高500W。因为数字音频信号总是复合在一起进行调制解调，所以数字电视发射机不可能采用分放式。因此单通道模拟电视发射机功率放大器可直接用于数字电视发射机，而双通道模拟电视发射机的功率放大器只有改造成一路(合放式)才能用于数字电视发射机。4 数字电视发射机与模拟电视发射机的区别随着数字电视技术的发展，高清和标清电视

33、的优势逐渐体现，原来需要占用6个频道带宽播出的6套模拟电视节目，标清用1个频道就可以播出。模拟电视用户也不断的加装了数字机顶盒。而且国家规定在原来地面模拟电视覆盖的范围内，开通地面数字电视广播，按照模拟电视接收条件，地面数字电视覆盖范围应不小于模拟电视覆盖范围。数字电视发射机取代模拟电视发射机成为必然。下面详细分析数模两种发射机的不同。4.1信号源的不同我们知道模拟电视发射机的信号源由两个独立的电视信号构成：图像信号和伴音信号。图像信号和伴音信号是分开传输的，分别输入到激励器的视频输入端口和音频输入端口，是两路信号输入。与模拟发射机不同，数字电视发射机的输入信号不是通常的视频和音频节目信号，而

34、是将视频、音频信号按MPEG- 2标准压缩编码，并与其他数据信息复用打包后的传输码流(TS流)，是一路信号输入。复用打包是数字电视复用技术，它将视频流、音频流和其他辅助数据流复合成一个数据流以适应存贮和传送。TS流的形成具体过程如图4.1所示，它是将模拟图像信号和伴音信号经过取样、量化和编码之后，再经过图像和伴音编码器进行压缩编码，形成基本数据流(ES)。当然基本数据流是不能直接传输的，因为这样连续的数据流是不能使接收端正确解码的，必须经过打包器将数据流按一定的长度分段，构成具有特定结构和长度的单元包。在这些单元包中，除了正常的信号数据外，还加有各种时间标记和系统控制信息，形成打包基本码流(P

35、ES)。然后再送入复用器中将三路码流进行复接形成符合MPEG- 2标准的码流。这样的码流一般可分为两种，一种叫节目码流(PS)，一种叫传输码流(TS)。一般节目码流不固定包长，而且它有一个或几个公共的时基。这样的码流一旦产生误码，接收端很难进行纠错。所以，它不适合长距离传送。而传输流有固定的包长(188字节)，有利于接收端进行纠错。所以数字电视发射机的输入信号为传输码流。输入的TS流，经信道编码与调制单元，形成符合一定制式标准的模拟中频信号，然后通过变频、射频放大后再发送出去。因为送到数字发射机输入端口的信号是一连串的复合数据信号(TS)，所以数字发射机一般都是合放式，即单通道机。图4.1 T

36、S流的形成过程数字激励器的输入口为异步串行口(ASI)，可接收4路TS流加到激励器上。其中只有两路(ASI1、ASI2)作为主信号口，而另两路(ASI3、ASI4)作为等级调制(发射机用户的选项)的备用口。所谓等级调制就是从单频网适配器出来的信号被一分为二，DVB- T根据传输环境的不同，分别实行不同的信道纠错保护，一个码流可以采用较强的纠错码，利用抗干扰性强的调制方式(如QPSK)，但码流速率较低；另一个码流可以采用较弱的纠错码，利用抗干扰弱的调制方式(如16QAM)，码流速率较高。接收机通常接收码流速率较高的码流，图像质量优良；当传输信道恶化时，接收机可以转换到接收码流速率较低的码流。4.

37、2激励器的不同 激励器包括信号处理、调制、本振、变频和RF小功率放大器，它是电视发射机的核心。激励器主要用于电视发射机的信号调制和校正，将输入的信号转换为高频电视信号，并可精确补偿因输入的信号、功放以及接收机等带来的各种线性或非线性失真。发射机的绝大部分技术指标由激励器决定，将激励器从模拟处理系统改造为数字处理方式，不仅为模拟电视发射过渡到数字电视发射打下基础，还能提升目前的模拟电视发射机的技术指标。模拟激励器和数字激励器大部分不能通用。模拟激励器 典型的双通道模拟激励器的信号处理一般是先把播出中心送来的视、音频模拟信号适当处理，再将它们分别直接调制在中频图像载频38MHz和伴音载频31.5M

38、Hz，并输出额定电平的已调图像中频信号和已调伴音中频信号，已调图像中频信号再经过残留边带滤波处理及群时延校正、相位非线性校正、振幅非线性校正等预校正，最后再将中频调制器所产生的中频已调波进行频率变换并放大到一定功率以推动末级功率放大器，最后输出电视信号。数字激励器数字激励器与传统的模拟激励器的区别在于处理信号的方式上。模拟激励器在视频、音频信号输入后，要经过视频处理和音频处理然后再进行调制，经过中频处理之后，通过变频成为射频信号最后发射出去。数字激励器首先把输入的TS信号进行数字处理，转换成数字正交基带信号，再对数字正交基带信号进行均衡和线性预校正，然后转换成模拟基带信号，最后送到调制器直接调

39、制在所需的射频载频点上并送至功率放大器单元进行放大输出。如前所述，模拟激励器的组成包括视频处理器、彩色均衡器、图像中频调制器、伴音中频调制器、中频增益校正器、中频相位校正器、混频器。而对于数字电视发射机，它的激励器主要由四部分组成：编码器、数字均衡器、调制器、频率合成器。数字激励器的框图如下图4.2所示：图4.2数字激励器框图.1编码器在将信号调制发射出去之前，由于考虑到其信道干扰成份较大(如电器的电火花、雷电等都有可能对数字信号造成干扰)，而对于移动接收用户来讲，在接收中产生的多普勒效应也会破坏接收效果。所以数字信号对抗干扰的要求相对模拟信号要高，否则在接受端如不能正确解码，观众就无法观看，

40、因此首先必须经过信道编码也叫纠错编码，这就是数字电视发射机的激励器中编码器的作用。编码器的主要功能有三个方面，一是纠错编码。编码采用的是前向纠错编码技术( FEC)，因为前向纠错码的码字是具有一定纠错能力的码型，它在接收端解码后，不仅可以发现错误，而且能够判断错误码元所在的位置，并自动纠错。这种纠错码信息不需要反馈，实时性好。所以在广播系统中(单向传输系统) 都采用这种信道编码方式。但是，一般的纠错编码它的纠错能力是有限的，特别是对于突发性成串的误码往往难以处理，因此，在编码器中还采用了交织编码技术( interlleave) 。所谓交织，就是将已编码的信号按一定规则重新排列，把成串的错误分散

41、开来，使其类似于独立发生的随机错误，它不需要另外再附加纠错码字。二是按照一定的标准进行调制。如果是DVB-T的标准，它将采用COFDM调制技术。这是一种多载波调制，由于在每个字符的传输时间后面加入了保护间隔，因而，可以克服多径干扰，这也同时使得这种调制方式适合建立单频网( SFN) 来增加覆盖范围。而模拟电视在增加覆盖范围时，只能靠增加天线高度和加大发射机的发射功率或建立多频网，这会浪费有限的频率资源。这种多载波调制，主要有2K 和8K 两种模式，三种调制方式( QPSK、16QAM、64QAM)，四种保护间隔( 1/4 、1/8 、1/16 、1/32)。它的调制方式与模拟机不同，其子载波并

42、不是通过频率合成器来产生的，它是先经过映射器( MAPPER) 将信号中的字节映射成为符号，并形成两路相互正交的基带信号( I、Q)，然后通过反向快速傅立叶变换( IFFT) 向子载波变换。如果采用国标标准进行调制，目前中央塔地面电视覆盖中，33CH CCTV高清和14CH BTV奥运高清的主要技术参数为，C=1，PN 595，16QAM调制，净数据率20.791 Mb/s。32CH标清（CCTV1/2/音乐/少儿，BTV1/CETV3）主要技术参数为：C=3780，PN 420，16QAM调制，净数据率21.658 Mb/s。三是延时控制。当发射机用于建立单频网时，就必须要求所有的发射机在发

43、射的时间和频率上严格同步。这主要是通过参考接收到的GPS 秒脉冲( 1PPS) 和与GPS 送来的10MHz 参考频率的锁相同步来实现的。.2数字均衡器激励器的数字均衡器主要由群时延均衡器和线性均衡器组成。数字均衡器的作用有两个方面。一是对数字基带信号( I、Q) 电平进行预校正(相位、频响) 。二是对基带信号进行数模( D/A) 转换, 并将其送入调制器进行射频转换。鉴于数字电视信号对发射机线性指标要求非常严格，数字发射机的研发重点也放在了如何保证发射机系统的线性指标。目前比较有效的方法就是在发射机的激励器中采取预校正和均衡措施。预校正和均衡一般采用前馈型，即校正器和均衡器都位于射频通路的前

44、部，用于校正射频通路中发生的线性与非线性失真。利用了自适应过程以后，整个校正过程就由数字处理电路和软件完成。目前国内外采用较多的是多点折线式校正技术、前馈校正技术、全数字实时预校正技术。国内有些公司还没能掌握数字实时预校正技术，而国外的主要发射机厂商，如R&S公司研制的NH/NV7000系列数字电视发射机目前采用的是全数字实时预校正系统。均衡用于对发射机各个单元所产生的线性失真进行补偿。线性失真主要由幅度和相位的线性失真构成。线性失真一般由功放的输入匹配网络与腔体，输出网络与腔体，以及射频滤波器产生。上述单元的频响为复频响，即各单元的幅度和相位都需要均衡。均衡器可以产生一个与发射机各单

45、元总频响共轭的复转换函数，当这个函数与发射机单元的复频响相乘的时候，可以将线性失真降低到一个符合标准要求的水平。理想的频响是一个与频率无关的常数。相位对频率的线性失真称为群时延，即在通过整个信号带宽时，不同频率的时延不一致。理想的群时延也应是一个与频率无关的常数。一般可以设计两个数字滤波器，分别用于补偿高频和低频的群时延失真。.3调制器激励器中的调制器的作用就是将经过调制并通过数模转换后，两路相互正交的 I、Q 信号通过与合成器送来的本振信号混频并相加成为一路射频。.4频率合成器激励器的频率合成器的作用主要是产生本振信号和用于单频网建立时所需的参考频率和参考时间。它用来产生调制需要的视频载波频

46、率，可设置的频率范围包括波段III,IV,V。频率的产生是以参考频率回路为基础的，参考PLL，该回路含有一个10MHz带宽恒温控制的压控晶体振荡器（VCXO）。每个频率都同步于10MHz基准频率。10MHz基准频率由激励器中的晶体振荡器和从外部振荡器得到的频率精度。连接高的频率精度，可保证高的短期稳定度和噪声的降低。10MHz输出PLL的参考频率， 用来给后面的控制回路，产生内部的120MHz的参考频率。这是用于合成器的基本参考频率。它含有另外两路输出合成器输出频率的频率回路，可以监视外接参考频率是否存在和输出信号电平大小，而且4个相位锁定回路的状态可以送到控制器。数字电视发射机的激励器的主要

47、功能是进行信道编码、调制和上变频，目的是增强抗干扰能力，保证数字电视信号能正确地传输和接收。MPEG传输码流(MPEG - 2 TS) 信号输入到数字激励器后，由数字激励器的信道编码与数字调制单元输出为标准的数字中频信号，然后经变频器上变频至所需频道的RF射频信号。其中数字自适应预校正技术对于数字发射机来说，极大地改善发射机的性能，提高发射机效率，而且可以对发射机进行自动调整，以保证发射机发出去的信号始终处于高指标状态。数字激励器还配备RS232接口，可实现遥测遥控，在激励器中同时安装了中央控制单元，它由工控微机和控制板组成。工控微机操作可显示发射机和每个PA功率放大器模块及内部的实时状态，也

48、可记录、显示故障信息，控制板通过传感器连续监测各个装置，显示工作状态，并管理发射机的所有操作。中央控制单元提供以下信息和操作1、发射机工作状态 2、报警信息 3、测量数据 4、启动发射机 5、历史记录。中央控制单元不需硬盘存储数据及断电保护电池，发射机的设置和有关信息均存储在非消失RAM中。控制软件也可根据需要随时进行软件升级。所以数字激励器便于自动化的集中控制，并具有工作稳定，技术指标高，操作简单，调试维护方便等优点。模拟电视发射机激励器与数字电视发射机激励器的比较发射机的绝大部分技术指标由激励器决定。模拟和数字电视发射机激励器比较如下表4.1所示：模拟电视发射机激励器数字电视发射机激励器通

49、用性输入信号模拟视频、音频信号数字信号TS流无音视频处理模拟处理或者数字处理只有数字处理无调制视频AM，音频FM数字OFDM无本振PLLPLL有预校正中频预失真校正数字自适应预校正DAP无RF小功放甲类线性功放甲类线性功放有变频双平衡混频器38MHzI、Q混频无表4.1模拟和数字发射机激励器比较表如果模拟电视发射机激励器采用数字音视频处理，调制采用软件无线电方式在基带部分实现，那么它与数字电视发射机激励器的共同部分可以增加，但不能完全共用。4.3数字自适应预校正技术（DAP或RTAC）数字自适应预校正技术已经在美国和欧洲的制造商生产的数字电视发射机上应用。欧洲的THALES公司(前身THOMC

50、AST，汤姆逊旗下子公司)称之为数字自适应预校正（DigitalAuto-Adaptivepre-correction简称DAP）；美国的哈里斯（HARRIS）公司称之为自动数字校正-实时适应校正（EnterAutomaticDigitalCorrection-RealTimeAdaptiveCorrection简称RTAC）。数字自适应预校正技术是指在不须人工干预的情况下在刚刚启动发射机的几分钟内将发射机的性能调到最佳状态，而且，这个系统还能够监测和自动校正来自于发射机的老化、温度和发射机自身失效等波动的调整，这样能够保证发射出去的信号始终处于高指标的状态，使维护变得非常简单。 DAP概述对

51、于数字发射机来说，性能优良的中频非线性预校正电路将极大地改善采用甲乙（AB）类功放的发射机性能，提高发射机效率。目前大多采用前馈校正、折线校正、自适应校正技术。数字自适应预校正技术已经应用在美、欧制造商生产的数字电视发射机上，欧洲称之为数字自适应预校正技术，美国称之为自动数字校正技术。数字电视广播采用了新的调制方式，如OFDM、64QAM、QPSK 等，因此除了带宽、功率和效率外，大符号率和高频谱效率都对数字电视发射机功放器件的线性性能提出了更高的要求。数字电视发射机的关键技术问题是功放的线性问题，如果用于数字电视传输OFDM信号的功放线性特性欠佳，由于OFDM调制为多载波方式，所以当互调失真

52、较大时，会造成带内干扰或严重邻频道干扰。在频谱再生时, 由于互调失真(或带肩) 的影响可能导致信号质量太差，无法接收。改善互调失真的办法很多，非线性校正技术可以在基带或中频实现，但目前国内外普遍采用数字中频自适应预失真校正技术，主要原因是：中频处理在中频小信号范围内，精度高、线性度高，且易于应用数字技术、电路易于集成以及便于实现标准化和模块化等，预失真校正一般包括非线性校正和线性校正。数字中频自适应预校正的基本原理数字自适应预校正技术(DAP Digital Adaptive Pre- correction) 是应用于数字电视发射机信号处理单元的一个组成部分，针对发射机功率放大器进行校正。预校

53、正的基本功能是数字电视发射机最重要的功能，其基本原理是产生一个完美的幅度-幅度、相位-幅度补偿曲线，与功率放大器(High Power Amplifier，HPA) 的响应曲线互补。这样预校正器和功率放大器级联，成为一个高性能的线性放大系统。数字中频自适应预失真校正的原理如图4.3所示，中频已调信号经过限幅后送入DSP，从功放输出端获得的解调后的信号也送入DSP， DSP根据一定的算法，实时地修改线性均衡器和非线性校正器的特性参数，以获得与功放响应曲线互补的传输曲线特性，以抵消功放的三阶和五阶互调产物，提高功放的线性。图4.3数字中频自适应预失真校正原理图自适应中频数字预校正器的工作过程图4.

54、4是汤姆逊数字电视发射机中应用的中频数字自适应预校正器DAP的功能方框图。目前中央电视台33CH高清和32CH标清都采用汤姆逊数字电视发射机。数字预校正器(DAP) 的主要通路包括如下处理过程。图4.4汤姆逊数字电视发射机自适应中频数字预校正(DAP)过程框图1、信号限幅选件。该选件用来减小信号的峰值-平均值之比，并滤除数字域信号处理所产生的台肩。用这种方法可显著降低由于功率放大器质量劣化造成的功率回退。功率回退依赖于放大器质量劣化，专业术语叫做等效噪声降级( END Equiva2 lent Noise Degradation) 。2、自适应线性均衡器选件。该选件用来校正发射机谐振腔、滤波器

55、、功率合成器等无源部件产生的线性失真。3、自适应幅度、相位非线性预校正器(LUT Look Up Taber，表格查询) 。为计算幅度、相位预校正量和线性均衡因子，发射机输出端的射频信号反馈回解调器，DAP 接收到该信号后再转换为中频数字复信号。DSP 通过对数字反馈信号的捕获、参考输入已调信号的捕获以及从两个捕获信号得到非线性预校正量和线性均衡因子的计算处理，来计算校正量。4、限幅。矢量幅度小于给定门限值时，不做任何处理；大于该门限值时，以该门限值取代矢量幅度值。该处理过程不影响相位。5、后置限幅器。限幅滤波器用于消减由于限幅造成的带外产物，使之消减到限幅处理以前的带外产物电平信号频谱的标准

56、滚降形状。6) 汤姆逊数字电视发射机用DAP为一数字模块，包括一个主板和两个姊妹板。主板包括：一个数字信号处理器(DSP，Digital Sigital Processor)、一个查询表格(LUT，Look Up Table) 和捕获存储器。姊妹板包括：限幅板和线性均衡板(ALE) 。通过自适应中频非线性预校正，经理论分析和厂方实验数据表明，在频谱台肩处可以达到10dB左右的改善效果。采用非线性预失真技术可以有效地提高功放的线性区间，解决了因功放的功率回退而引起的输入功率增大的问题，大大减少对邻道的干扰，改善了覆盖区数字电视信号的接收效果。4.4放大方法-PA的异同功率放大器决定了发射机的功率

57、输出能力，是发射机中成本最高的部分。功放模块内包括输入电平监测、前置级、推动级和放大输出级。末级放大器中由威尔可森滤波器组成功率合成器。功放电源在功放模块内，智能化控制系统可保证良好的工作电平，防止电源故障发生。功放模块的频率范围宽。PA模块频率范围为470860MHz，对DVB-T和ATSC 都适用。由于VHF 频率偏低，脉冲噪波严重，对COFDM 系统不利，故DVB-T频段放在550750MHz 上。模拟发射机功放分为图像功放和伴音功放，而数字发射机功放是同一的放大器。但是数字和模拟发射机都采用了目前广泛应用的大功率LDMOS晶体管。 LDMOS晶体管LDMOS（lateral diffu

58、sed metal oxide semiconductor）即横向扩散金属氧化物半导体。起初，LDMOS技术是为900MHz蜂窝电话技术开发的，蜂窝通信市场的不断增长保证了LDMOS晶体管的应用，也使得LDMOS的技术不断成熟，成本不断降低，因此今后在多数情况下它将取代双极型晶体管技术。与双极型晶体管相比，LDMOS管的增益更高，LDMOS管的增益可达14dB以上，而双极型晶体管在56dB，采用LDMOS管的PA模块的增益可达60dB左右。这表明对于相同的输出功率需要更少的器件，从而增大功放的可靠性。LDMOS能经受住高于双极型晶体管3倍的驻波比，能在较高的反射功率下运行而没有破坏LDMOS设备；它较能承受输入信号的过激励和适