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探析當前我國數(shù)字電視廣播的發(fā)射技術論文
概述
數(shù)字電視廣播技術是最近十幾年發(fā)展起來的高新技術。目前已經(jīng)成為包括我國在內(nèi)的全球信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。這一技術的發(fā)展,引發(fā)了廣播電視業(yè)界的一場技術革命。廣播電視從黑白電視、彩色電視時代,已經(jīng)正進入數(shù)字化時代。
我國數(shù)字電視發(fā)射機的研制開始于1996年。在國家數(shù)字高清晰度電視研究開發(fā)協(xié)調(diào)領導小組的領導下,我國HDTV功能樣機系統(tǒng)研究開發(fā)工程正式啟動。
2000年6月開始,根據(jù)數(shù)字電視專項任務,國家計委決定在北京、深圳、 上海建立數(shù)字電視實驗區(qū),依托廣電總局標準所和信息部電子三所建設數(shù)字電視系統(tǒng)測試實驗室、用戶端產(chǎn)品測試實驗室,即“三臺二室”,為制定我國的數(shù)字電視標準、推進數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)化進程提供開放式的實驗基地。2001年3月,國家計委正式批準了北京數(shù)字電視實驗區(qū)的可行性報告,項目進入實施階段。2002年根據(jù)具體情況決定是否使用2KW數(shù)字電視發(fā)射機。北京市數(shù)字電視實驗區(qū)于2001年6月開始進行國內(nèi)自行研制開發(fā)的各種數(shù)字電視地面廣播傳輸方案的試驗,并根據(jù)數(shù)字電視標準化專家委員會和測試組制定的測試方案,對各種報送方案進行全面測試。為制定我國的數(shù)字電視地面廣播傳輸標準,提供科學依據(jù)。
1.數(shù)字移動電視發(fā)射機的技術特點
早期的數(shù)字電視發(fā)射機是用外接COFDM 或8-VSB 激勵器簡單取代模擬Vision/Sound 激勵器,用射頻波段濾波器取代射頻輸出濾波器和Vision/Sound雙工器。 但是近來, 一些大的電視發(fā)射機制造商卻以全新的理念和技術來設計生產(chǎn)新一代數(shù)字電視發(fā)射機, 縱觀主要有以下特點:
1.1數(shù)字自適應預校正技術(DAP 或RTAC)
數(shù)字自適應預校正技術已經(jīng)在美國和歐洲的制造商生產(chǎn)的數(shù)字電視發(fā)射機上應用。數(shù)字自適應于校正技術是指在不需人工干預的情況下在剛剛啟動發(fā)射機的幾分鐘內(nèi)將發(fā)射機的性能調(diào)到最佳狀態(tài),而且,這個系統(tǒng)還能夠監(jiān)測和自動校正來自于發(fā)射機的老化、溫度和發(fā)射機自身失效等波動的調(diào)整,這樣能夠保證發(fā)射出去的信號始終處于高指標的狀態(tài),使維護變得非常簡單。
1.2功放中廣泛應用大功率LDMOS晶體管
LDMOS(Lateral Diffused MetaOx-ide Semiconductor)即:橫向擴散金屬氧化物半導體。起初,LDMOS 技術是為900MHz 蜂窩電話技術開發(fā)的,蜂窩通信市場的不斷增長保證了LDMOS 晶體管的應用,也使得LDMOS 的技術不斷成熟,成本不斷降低,因此今后在多數(shù)情況下它將取代雙極型晶體管技術。
1.3 N+1系統(tǒng)使擁有多臺發(fā)射機的臺站更經(jīng)濟
N+1 是指用1 部發(fā)射機給多部(N部)做備份。本來固態(tài)發(fā)射機是用像放大器、電源等較不穩(wěn)定設備冗余累積起來的,模塊化的激勵器又一般采用雙激勵器自動倒換的形式,設備運行的可靠性明顯提高。在通常情況下,也不用像電子管、速調(diào)管發(fā)射機那樣進行備份。因為全固態(tài)的數(shù)字電視發(fā)射機所應用的積木化的功放和并行運行的電源等都足以實現(xiàn)N+1 系統(tǒng),而且大多支持熱插拔。
1.4冷卻系統(tǒng)采用風、液冷供選擇的方式
為了滿足不同客戶對冷卻系統(tǒng)的需求,發(fā)射機生產(chǎn)廠家開發(fā)了風冷和液冷系統(tǒng),在客戶購機訂貨時可供用戶選擇適合自己的冷卻方式,改變了過去固態(tài)機中只有風冷的單一方式。如THALES公司推出的VHF OPTIMUM和UHF ULTIMATE系列發(fā)射機就已采用此種技術。
1.5無線連接、GUI 界面、故障自我診斷和遠程遙控
在新設計的數(shù)字電視發(fā)射機中,功率放大器、電源和RF合成器省去電纜而采用插、 拔的方式直接連接在一起。 這樣使整機結構更加緊湊、 維護更加方便。 微處理器的應用,能夠監(jiān)控發(fā)射機的狀態(tài)和提供每個組件的有用信息。LCD的應用提供了直觀友好的圖形用戶接口(GUI)使得用戶操作更加容易,用戶可以很直觀的察看設備的運行狀態(tài)。先進的故障自我診斷系統(tǒng)和DAP技術使得用戶容易查找故障部位,加快設備的維護、 維修進度。 遠程遙控功能使得用戶可通過因特網(wǎng)對設備進行監(jiān)控。
2.數(shù)字移動電視發(fā)射機的主要部件及關鍵技術
數(shù)字電視發(fā)射機技術發(fā)展迅速,發(fā)射機的主要部件及關鍵技術主要包括如下:
2.1激勵器
數(shù)字自適應預校正技術。對于數(shù)字發(fā)射機來說,性勵器主要包括音視頻處理、調(diào)制、本振、變頻和RF 小功率放大器,它是電視發(fā)射機的核心,決定了整機的性能和質(zhì)量,其中的校正電路、調(diào)制器和濾波器是關鍵。其主要技術指標如下:2.1.1激勵器主要用于音、視頻編碼和數(shù)字預校正,發(fā)射機的絕大部分技術指標由激勵器決定。
2.1.2對于DVB-T 系統(tǒng):視頻信號采用MPEG-2 壓縮編碼;音頻信號采用MPEG-2 Layerê第二層音頻編碼,也稱MUSICAM,該音頻的編碼壓縮系統(tǒng)利用了聲音的低音頻譜掩蔽效應,對人耳不敏感的頻率進行了低碼率編碼。
2.1.3對于ATSC 系統(tǒng):信源編碼中的視頻采用MPEG-2 標準;音頻采用杜比AC-3 環(huán)繞立體聲編碼。能優(yōu)良的中頻非線性預校正電路將極大地改善采用AB 類功放的發(fā)射機性能, 提高發(fā)射機效率, 目前大多采用前饋校正、折線校正、自適應校正技術。數(shù)字自適應預校正技術已經(jīng)應用在美、歐制造商生產(chǎn)的數(shù)字電視發(fā)射機上,歐洲稱之為數(shù)字自適應預校正技術,美國稱之為自動數(shù)字校正技術。數(shù)字自適應校正是指在不需要人工干預的情況下,在剛啟動發(fā)射機的幾分鐘內(nèi)將發(fā)射機的性能調(diào)到最佳狀態(tài), 而且系統(tǒng)能進行發(fā)射機的老化、 自身失效等波動的監(jiān)測和自動調(diào)整,以保證發(fā)射機發(fā)出去的信號始終處于高指標狀態(tài)。
2.2功率放大器
功率放大器決定了發(fā)射機的功率輸出能力,是發(fā)射機中成本最高的部分。由于地面信道的復雜性,多徑傳輸容易產(chǎn)生回聲,移動接收容易產(chǎn)生多譜勒頻率漂移,所以發(fā)射機應該具有好的線性、足夠高的頻率精度、頻率穩(wěn)定度和較低的相位噪聲,才能保證較低的誤碼率和較高的信噪比,才能滿足地面數(shù)字電視的要求。其主要技術指標包括:
2.2.1功放模塊內(nèi)包括輸入電平監(jiān)測、前置級、 推動級和放大輸出級。 末級放大器中由威爾可森濾波器組成功率合成器。功放電源在功放模塊內(nèi),智能化控制系統(tǒng)可保證良好的工作電平,防止電源故障發(fā)生。
2.2.2功率放大器使用LDMOS(橫向擴散金屬氧化物半導體)技術,效率高、線性好。與雙極型晶體管 5~7dB 的增益相比,LDMOS 管的增益更高,可達14dB以上。采用LDMOS 管的PA 模塊的增益可達60dB 左右,這表明對于相同的輸出功率需要的器件較少,從而提高了功放的可靠性。LDMOS 能經(jīng)受高于雙極型晶體管3 倍的駐波比,能在較高的反射功率下工作而不破壞LDMOS 設備。LDMOS 有較高的瞬時峰值功率,能承受輸入的過激勵信號。LDMOS 增益曲線較平滑,并且允許多載波數(shù)字信號放大且失真較小。LDMOS管有一個低且無變化的互調(diào)電平飽和區(qū),不像雙極型晶體管那樣互調(diào)電平高且隨功率電平的增加而變化,這種主要特性允許LDMOS 管用于高于雙極型晶體管二倍功率的電路,且線性較好。LDMOS具有較好的溫度特性, 其溫度系數(shù)是負的, 因此可以防止熱耗散的影響。
2.2.3功放模塊的頻率范圍寬。PA模塊頻率范圍為470~860MHz,對DVB-T 和ATSC 都適用。由于VHF 頻率偏低,脈沖噪波嚴重,對COFDM 系統(tǒng)不利,故DVB-T 頻段放在550~750MHz 上。
2.3冷卻系統(tǒng)
為了滿足不同客戶冷卻系統(tǒng)的需求,發(fā)射機生產(chǎn)廠商雖然開發(fā)了風冷或液冷系統(tǒng),供用戶選擇適合自己的冷卻方式,但最好為液冷系統(tǒng)。主要是由于:
2.3.1由于空氣質(zhì)量較差,風冷系統(tǒng)過濾材料中(下轉第177頁)(上接第374頁)容易沉積灰塵, 日常維護量大。 采用液冷系統(tǒng)減少了對冷卻系統(tǒng)的維護量,冷卻液封閉循環(huán),只需定期清洗系統(tǒng)中的濾網(wǎng)。
2.3.2降低了發(fā)射機的運行噪聲。
2.3.3改善了發(fā)射機機房的環(huán)境。
2.3.4冷卻液無論是采用乙二醇加水還是采用防凍液, 其傳導效率都遠大于風, 冷卻系統(tǒng)的進水溫度與出水溫度僅相差幾度左右,發(fā)射機產(chǎn)生的熱量被及時吸收釋放。
2.4電源
電源分為激勵器用電源和功放用電源。激勵器用電源一般含在激勵器機箱內(nèi)。功放用電源應該具有共用性,從模擬電視發(fā)射機向數(shù)字電視發(fā)射機過渡時,功放電源不用改變。
2.5監(jiān)控
發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)是發(fā)射機長期穩(wěn)定工作的保證。它包括對發(fā)射機各部分工作狀態(tài)和信號流程以至于主要性能指標的測量,對開關機和主要故障處理的控制,對輸出功率電平的自動控制等。監(jiān)控系統(tǒng)由傳感器、接口電路、微處理器和PC 機及相關軟件構成。
在新設計的數(shù)字電視發(fā)射機中,功率放大器、電源和RF合成器省去電纜而用插拔的方式直接連接在一起,使整機結構更加緊湊,維護更加方便。微處理器的應用,能夠監(jiān)控發(fā)射機的狀態(tài)和提供每個組件的有用信息。先進的故障自我診斷系統(tǒng)使用戶容易查找故障部位, 降低維修難度。 遠程遙控功能便于用戶通過Internet對設備進行監(jiān)控、打印、保管、存檔。
3.結束語
數(shù)字電視是人們談論最多的熱鬧話題之一。移動數(shù)字電視的大規(guī)模商用, 充分顯示出這一技術在產(chǎn)業(yè)化方面已經(jīng)成熟, 更顯示出了運營商對這一技術所帶來的巨大商機的認可。在未來,無線數(shù)字發(fā)射技術對社會生活的影響無疑會是革命性的。
【參考文獻】
[1]趙永軍.數(shù)字電視發(fā)射機技術.西部廣播電視.
[2]葉華杰.淺談數(shù)字電視發(fā)射機技術的發(fā)展.浙江工商職業(yè)技術學院學報.
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