朱斌

2006年8月18日，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)正式頒布了地面數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)GB20600-2006《數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》，本標(biāo)準(zhǔn)為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，2007年8月1日正式實(shí)施。2008年國標(biāo)地面數(shù)字電視（DTMB）在8個(gè)城市開通，播出標(biāo)清和高清電視節(jié)目，標(biāo)志著我國地面模擬電視已開始向地面數(shù)字電視過渡。按照廣電總局的統(tǒng)一部署，至2011年全國約有300多個(gè)地級(jí)市以上城市完成地面數(shù)字電視廣播覆蓋任務(wù)。

數(shù)字地面電視發(fā)射機(jī)與全固態(tài)單通道模擬電視發(fā)射機(jī)在大功率合成、供電單元、冷卻系統(tǒng)等方面基本相同，同樣采用模塊化、智能化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化等設(shè)計(jì)理念，所以數(shù)字發(fā)射機(jī)的整體可靠性與模擬發(fā)射機(jī)相當(dāng)，發(fā)射機(jī)日常的維護(hù)工作量基本一樣。與模擬電視發(fā)射機(jī)不同，數(shù)字地面電視發(fā)射機(jī)的輸入信號(hào)不是通常的視頻和音頻節(jié)目信號(hào)，而是將音頻、視頻信號(hào)按MPEG2標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過壓縮、編碼，并與其他數(shù)據(jù)信息復(fù)用打包后的傳輸碼流（TS流）。由于采用數(shù)字化傳輸，信號(hào)處理方式不同，在激勵(lì)器、功放、輸出濾波器等方面存在不同的要求。下面就以福建三元達(dá)公司1KW國標(biāo)地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)為例，對(duì)1KW地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)原理做一個(gè)簡單的介紹。

數(shù)字電視發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)

本設(shè)備為全固態(tài)風(fēng)冷發(fā)射機(jī)，整機(jī)由激勵(lì)器與切換單元、前級(jí)推放與末級(jí)功放單元、帶通濾波器、監(jiān)控單元、供電系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等六大部分組成。激勵(lì)器輸出的射頻信號(hào),經(jīng)切換單元、前級(jí)推放、功率分配器分成四路后，再分別推動(dòng)4個(gè)350W末級(jí)功放,末級(jí)功放放大輸出后，經(jīng)過功率合成器合成，再經(jīng)定向耦合器和帶通濾波器發(fā)送到天線發(fā)射播出。發(fā)射機(jī)的原理框圖如下圖1所示，發(fā)射機(jī)外形圖如下圖2所示。

發(fā)射機(jī)特點(diǎn)

1、性能優(yōu)良：

采用進(jìn)口激勵(lì)器，具有先進(jìn)的線性和非線性校正指標(biāo)，以及完善的檢測控制功能。結(jié)合高線性的功放單元，確保發(fā)射機(jī)運(yùn)行時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)由于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，保證發(fā)射機(jī)的整體性能。

2、采用模塊化機(jī)柜式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高：

采用冗余設(shè)計(jì)理念，整機(jī)自動(dòng)電平控制技術(shù)（ALC），使用穩(wěn)定的大容量電源系統(tǒng)，以及完善的保護(hù)功能和預(yù)警機(jī)制，保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

3、保護(hù)功能完善：

設(shè)有多種保護(hù)功能，具有缺相保護(hù)、過流、過溫、過壓、欠壓、過功率、過反射保護(hù)功能和防雷措施。

4、操作簡單、維護(hù)方便：

可靠的控制方式，全智能化監(jiān)控,控制整機(jī)的每個(gè)單元,對(duì)整機(jī)的輸出功率、反射功率、溫度以及激勵(lì)器、功放、電源工作狀態(tài)等100多個(gè)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測,具有過溫、駐波比保護(hù)功能。除了用監(jiān)控單元進(jìn)行智能化控制外，機(jī)器還備有應(yīng)急開關(guān)作手動(dòng)操作開關(guān)機(jī)。放大器、電源、推動(dòng)器和負(fù)載可在快速更換和熱切換，無需任何調(diào)諧。

5、支持GB20600-2006規(guī)定的全部工作模式，適用于MFN（多頻網(wǎng)）和SFN（單頻網(wǎng)）組網(wǎng)。

發(fā)射機(jī)工作原理

輸入的的傳輸碼流（TS 流）經(jīng)過信道編碼與調(diào)制單元，形成符合國標(biāo)規(guī)定的中頻信號(hào)，然后上變頻至發(fā)射頻道射頻信號(hào)，經(jīng)前級(jí)推動(dòng)功放進(jìn)行放大后經(jīng)過功率分配器將射頻信號(hào)分成4路，分別經(jīng)過4路大功率功放進(jìn)行最后放大后合路輸出，再經(jīng)定向耦合器耦合出入射、反射信號(hào)供監(jiān)控單元，最后通過帶通濾波器濾去帶外信號(hào)至發(fā)射天線進(jìn)行發(fā)射。

發(fā)射機(jī)組成單元介紹

1、激勵(lì)器與切換單元

數(shù)字發(fā)射機(jī)和模擬發(fā)射機(jī)的最大不同之處在于激勵(lì)器。為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸，數(shù)字電視發(fā)射機(jī)激勵(lì)器中必須包含信道編碼和信道調(diào)制功能模塊，該技術(shù)即國標(biāo)GB20600-2006中規(guī)定的內(nèi)容。數(shù)字激勵(lì)器的主要功能是進(jìn)行信道編碼處理和調(diào)制，前者目的是增加抗干擾能力，保證接收端進(jìn)行正確接收，后者的目的用于傳輸。

數(shù)字激勵(lì)器是地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的核心，數(shù)字激勵(lì)器的技術(shù)指標(biāo)直接影響地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)性能和地面數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果。本機(jī)采用加拿大UBS公司型號(hào)為DVU5000的激勵(lì)器，主要包括多標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制板，變頻板，還有前面板和鍵盤，電源模組，風(fēng)扇等。該激勵(lì)器性能優(yōu)異，在國內(nèi)使用廣泛。數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的絕大部分技術(shù)指標(biāo)由激勵(lì)器決定，調(diào)制誤差率（MER）、帶肩、相位噪聲和頻率穩(wěn)定度是數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的重要技術(shù)指標(biāo)，采用優(yōu)異的激勵(lì)器保證了發(fā)射機(jī)輸出有足夠高的頻率精度和頻率穩(wěn)定度、低的相位噪聲，保證了被傳輸信號(hào)具有盡可能低的誤碼率和信雜比，提高收視質(zhì)量。由于數(shù)字電視發(fā)射信號(hào)的峰均比遠(yuǎn)高于模擬電視發(fā)射信號(hào)的峰均比，為了保證發(fā)射機(jī)的非線性失真指標(biāo)，激勵(lì)器配備了一個(gè)幅度和相位非線性預(yù)校正器。該預(yù)校正器以數(shù)字方式優(yōu)化發(fā)射機(jī)性能，從而擴(kuò)大額定輸出功率電平下的覆蓋范圍。該非線性預(yù)校正器還可以用作峰值限幅器來控制峰均比。此外，為保證發(fā)射機(jī)的性能，還配置了一個(gè)線性預(yù)校正器來補(bǔ)償合成器、濾波器等的幅度和相位非線性。激勵(lì)器前后面板見圖3、圖4。

切換器用于雙激勵(lì)器的自動(dòng)切換，避免信號(hào)的中斷，保證信號(hào)的正常發(fā)射輸出。設(shè)有自動(dòng)／人工切換兩種工作方式。切換方式選擇自動(dòng)方式時(shí)，激勵(lì)器輸出射頻電平下降大于等于3dB時(shí)或激勵(lì)器因故障無輸出時(shí)，激勵(lì)器自動(dòng)切換。切換方式選擇人工手動(dòng)時(shí)，通過按觸切換開關(guān)即可選擇激勵(lì)器。切換器具有切換時(shí)間快、斷電記憶等特點(diǎn)。

2、前級(jí)推放與末級(jí)功放單元

由前級(jí)推放、功率分配器、末級(jí)功放、功率合成器組成。

前級(jí)推動(dòng)放大器將激勵(lì)器送來的信號(hào)進(jìn)行放大，以滿足末級(jí)功放對(duì)輸入電平的要求。其增益約為30dB～35dB。

功率分配器將前級(jí)推動(dòng)放大器輸出的信號(hào)進(jìn)行分配，分成大小相等、相位相同的四路信號(hào)，然后供給四個(gè)350W的末級(jí)功率放大器進(jìn)行最后的放大。

功率放大器是數(shù)字電視發(fā)射機(jī)中的重要組成部分，決定了發(fā)射機(jī)的功率輸出能力。數(shù)字電視發(fā)射機(jī)中，OFDM信號(hào)的峰均比比較大，由于一般的功率放大器的動(dòng)態(tài)范圍都是有限的，所以峰均比比較大的信號(hào)極易進(jìn)入功率放大器的非線性區(qū)域，導(dǎo)致信號(hào)產(chǎn)生非線性失真，信號(hào)輸出頻譜發(fā)生變化造成了明顯的頻譜擴(kuò)展干擾以及帶內(nèi)信號(hào)畸變，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)性能嚴(yán)重下降。因此數(shù)字電視發(fā)射機(jī)較模擬電視發(fā)射機(jī)，對(duì)功率放大器在線性、穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)范圍、功放余量等方面有更高的要求。目前大多部分?jǐn)?shù)字電視發(fā)射機(jī)的末級(jí)功放采用AB類線性放大器，AB類放大器的效率高，但線性較差，因此一般采用中頻預(yù)校正措施改善放大器的線性，目前大多采用前饋校正、折線校正、數(shù)字自適應(yīng)校正技術(shù)，該電路含在激勵(lì)器中，DVU5000激勵(lì)器采用數(shù)字了自適應(yīng)校正技術(shù)，極大地改善發(fā)射機(jī)性能，提高發(fā)射機(jī)效率。

本機(jī)末級(jí)功放使用新一代的LDMOS功率管，平衡放大技術(shù)、以及自適應(yīng)溫度補(bǔ)償技術(shù)，具有高線性、高效率、低雜散的特點(diǎn)。末級(jí)功放由四個(gè)功放模塊組成，每個(gè)模塊由若干高增益的LDMOS功放管組成，單模塊的最大輸出功率達(dá)350W，增益為35dB。每個(gè)功放模塊具有單獨(dú)的監(jiān)測電路，并有監(jiān)測輸出端口，把電壓、電流、輸出功率、反射功率、溫度及過溫，過激勵(lì)和駐波比過大等信號(hào)送到主機(jī)監(jiān)控單元進(jìn)行顯示和保護(hù)。

功率合成器將四路350W功放輸出的同相功率合成為一路功率輸出。功率合成器的負(fù)載端接有匹配電阻。對(duì)功率合成器的要求是插入損耗小，阻抗匹配，八個(gè)輸入端口的幅度必須相同相位。因此，從350W 功放的輸出端口至功率合成器的輸入端口之間所用的連接電纜長度是相同的，不能用長度不同的電纜來連接。

3、帶通濾波器

末級(jí)功放合成輸出的射頻信號(hào)經(jīng)定向耦合器后送到帶通濾波器進(jìn)行帶外信號(hào)濾除。定向耦合器是用于發(fā)射機(jī)內(nèi)部的監(jiān)測、控制和保護(hù)。

輸出濾波器決定發(fā)射機(jī)的無用發(fā)射性能。模擬電視發(fā)射機(jī)帶外非所需輻射為離散譜，對(duì)離散型的無用發(fā)射，可采用多個(gè)陷波腔來濾除。數(shù)字電視發(fā)射機(jī)帶外非所需輻射為近似連續(xù)譜，不能采用陷波器式的濾波器，必須采用帶通濾波器，并要求過渡帶盡量陡峭，阻帶要滿足特定的衰減量。帶通濾波器由六腔組成，安裝在機(jī)器頂部。其特性是兩上升沿陡峭選擇性好，帶內(nèi)的插入損耗僅0.6dB，諧波抑制≥40dB。其主要作用是對(duì)頻帶外的無用分量進(jìn)行抑制，達(dá)到頻譜模板要求。

4、監(jiān)控單元

監(jiān)控單元是發(fā)射機(jī)穩(wěn)定工作的保證。通過液晶顯示屏和監(jiān)控面板按鍵（見圖5）可進(jìn)行開關(guān)機(jī)以及發(fā)射機(jī)參數(shù)查詢及狀態(tài)設(shè)置等功能。監(jiān)控單元既能對(duì)整機(jī)輸出功率，反射功率進(jìn)行監(jiān)測，又能對(duì)末級(jí)功率放大器的每一個(gè)350W 功放單元的輸出功率、反射功率、電流、電壓及溫度進(jìn)行監(jiān)測。并可實(shí)現(xiàn)過溫保護(hù)，以及駐波比保護(hù)。備有RS485通訊接口，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙測、遙控。從提高可靠性出發(fā)，除了用監(jiān)控單元進(jìn)行智能化控制外，發(fā)射機(jī)內(nèi)部還安裝有應(yīng)急開關(guān)進(jìn)行手動(dòng)操作開關(guān)機(jī)。

5、供電系統(tǒng)

整機(jī)三相電源是通過交流接觸器盤按照先供風(fēng)機(jī)，再供末級(jí)功放電源的次序進(jìn)行分配的。圖6中，三相電源從接線端子J2 送入交流接觸器盤，分別送到交流接觸器K1 和斷相與相序保護(hù)器F1。當(dāng)接線端子J2－3 接通+5V，交流接觸器K1 的線包通過F1 的5、6 腳通電，K1 吸合，三相電源，經(jīng)K1 的觸點(diǎn)接到接線端子J3 的8、9、10 腳給風(fēng)機(jī)供電。當(dāng)接線端子J3－1接通+5V，經(jīng)K1 的13、14 送到J3－4 輸出，作智能化監(jiān)控單元開關(guān)機(jī)用。發(fā)射機(jī)開機(jī)后，監(jiān)控單元自動(dòng)先開啟離心風(fēng)機(jī)，再開啟功放電源供電，延時(shí)后再開啟射頻信號(hào)，整個(gè)過程約持續(xù)30 秒鐘；關(guān)機(jī)時(shí)，監(jiān)控單元自動(dòng)先關(guān)閉射頻信號(hào)，再關(guān)閉功放電源供電，延時(shí)后再關(guān)閉離心風(fēng)機(jī)，整個(gè)過程約持續(xù)30 秒鐘。

電源進(jìn)線輸入端安裝有避雷器，以防止雷電通過輸電線損壞設(shè)備。斷相與相序保護(hù)器F1，在供電缺相或逆序或相序正常但相間電壓差≥13%時(shí)其保護(hù)作用，此時(shí)均不能開啟機(jī)器，避免了風(fēng)機(jī)和末級(jí)功率放大器的功放管的損壞。

末級(jí)功放供電由4 個(gè)2500W 的開關(guān)電源模塊組成。開關(guān)電源將三相交流輸入380V變換為42V直流電壓，輸出后并聯(lián)均流接入四個(gè)350W末級(jí)功放，其中一個(gè)電源模塊損壞后，不會(huì)影響其他模塊的正常工作。開關(guān)電源采用諧振軟開關(guān)新技術(shù),具有較高的可靠性和高轉(zhuǎn)換效率。具有缺相、輸入過/欠壓，輸出過流，過壓保護(hù)，過溫、短路保護(hù)功能及故障報(bào)警。電源工作和故障狀態(tài)由面板相應(yīng)的指示燈顯示。

6、冷卻系統(tǒng)

發(fā)射機(jī)采用內(nèi)置強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱方式。功放單元的冷卻是通過安裝在其底部的離心風(fēng)機(jī)吹風(fēng)散熱實(shí)現(xiàn)的，從機(jī)器后門進(jìn)風(fēng)口的冷空氣經(jīng)離心風(fēng)機(jī)加速后對(duì)功放模塊散熱器進(jìn)行熱交換后，由機(jī)頂?shù)臒犸L(fēng)口排除熱風(fēng)。

數(shù)字電視的前景

在一個(gè)頻道8MHz的帶寬內(nèi)只能傳輸1路模擬電視標(biāo)清電視信號(hào)，采用數(shù)字電視技術(shù)后可傳輸4-8套標(biāo)清電視節(jié)目或者1到2個(gè)高清電視節(jié)目，而且地面數(shù)字電視廣播具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可實(shí)現(xiàn)鄰頻道電視廣播，從而提高頻率資源的利用率，大幅度增加電視節(jié)目數(shù)量和明顯改善電視圖像質(zhì)量。由于地面數(shù)字電視解決了多徑接收問題，因此只要滿足接收信號(hào)電平要求，就可收聽收看到同等清晰度的廣播電視。地面電視數(shù)字化，是廣播電視技術(shù)體制的重大變革；地面數(shù)字電視將使得地面電視服務(wù)領(lǐng)域、服務(wù)方式和服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生革命性的變化，大大地增強(qiáng)了廣播電視的傳播能力和影響力，提升了廣播電視公共服務(wù)水平，更好地滿足人民群眾日益增長的精神文化需求；地面數(shù)字電視在全國的推廣應(yīng)用，必將促進(jìn)廣播電視大發(fā)展大繁榮，推動(dòng)廣播電視事業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。