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摘要随着科学技术的迅猛发展,数字电视广播技术逐步取代过去的模拟电视广播技术。这一技术的发展,引发了广播电视业界的一场技术革命。广播电视从黑白电视、彩色电视时代,正进入数字化时代。数字电视发射技术与以往发射技术有何不同,就这一技术做进一步分析。
关键词数字电视;发射机;输出功率
中图分类号 TN836.3文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)032-0016-01
与模拟电视发射机不同,用做地面数字电视广播的发射机的输入信号不是通常的视频和音频节目信号,而是将音频、视频信号按MPEG2标准,经过压缩、编码,并与其他数据信息复用打包后的传输码流(TS流)。输入的TS流,经过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,然后上变频至发射频道,经射频放大后发送。
不同的数字电视地面广播标准,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。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。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。数字电视广播对发射机的最基本要求是功率放大器应有足够高的功率增益;要求放大器具有高线性、宽动态范围,即数字调制信号在动态峰值范围内时,发射机仍有良好的线性;发射机应有足够高的频率精度和频率稳定度、低的相位噪声,以保证被传输信号具有尽可能低的误码率和信杂比。数字电视发射机的额定输出功率按平均功率规定。这就要求数字电视发射机的末级功放应能在平均功率比峰值功率低得多的情况下高效率应用。发射机的末级功放通常采用AB类线性放大器。AB类放大器的效率高,但线性较差,需要有中频预校正措施改善放大器的线性。
数字电视发射机的机型,国外目前主要有采用感应输出管的I.O.T发射机、采用四极管包括双向四极管(DIACRODE)的单电子管发射机以及全固态发射机。这三种机型都工作于分米波段(UHF)。I.O.T功放的最大优点是效率高、线性较好,能在较宽的线性动态范围而平均功率较低的信号情况下高效率工作;非线性校正容易实现。单个I.O.T功放柜的输出平均功率约为20kW,若采用多个功放柜功率合成,则可提供90-200kW的数字平均功率。I.O.T发射机是目前高功率数字电视发射机的首选机型。UHF固态功放所用的功放管目前主要是双极型管。LDMOS器件和碳化硅功放管是近年推出的新型器件,在线性、增益和输出能力上都优于双极型管。固态功放的优势在于器件的寿命长及多管多重合成方式所特有的可靠冗余度,使发射机的可靠性和可维护性大大提高。其缺点是器件的价格较贵,线性较差,且效率较低。通常采用AB类工作以提高效率和输出能力。因此必须采用性能优良的中频预校正电路。目前全固态数字电视发射机的最大输出平均功率达5kW。
发射机用作数字电视广播时,技术重点都在研制开发适合数字电视发射机的中频预校正电路,以改善AB类放大器的线性、提高放大器的效率,这对全固态数字电视发射机尤其显得重要。前馈校正技术、数字自适应校正技术和改进的折线式非实时预校正技术是目前国外数字电视发射机采用的主要方式。超大功率合成技术的采用,使发射机整机的输出功率等级大幅度提高,由于冗余技术的采用,同时也提高了发射机的可靠性。
衡量数字电视发射机技术性能的主要技术参数包括:发射机输出功率(平均功率)及输出功率变化值。
发射机射频频谱特性(Spectrum Mask)。包括有效带宽内的带内波动范围;邻频道肩部(如±4.3MHz)的互调失真;邻频道抑制(如±8MHz);二次谐波。对8VSB传输模式需要测试带内信杂比;对COFDM传输模式则需要测试RS解码前在规定误码率、调制模式下的等效噪声降低分贝数。相位噪声容限和频率稳定度(带GPS或不带GPS)也是数字电视发射机的重要技术指标。发射机还应规定适用的数字电视制式、调制方式、工作带宽、工作频道,说明输入码流(通常为MPEG-2 TS流)的码率范围、输入接口形式,中频中心频率、中频电平及接口形式等。
国产数字电视发射机的研制重点同样在于发射机的中频预校正。性能优良的中频非线性预校正电路将极大地改善采用AB类功放的发射机性能,提高发射机的效率。这对全固态发射机尤为重要。目前国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。北京广播器材厂研制的数字电视发射机目前采用的是沿用模拟电视的折线式校正电路。实际应用结果表明,对单电子管发射机,这种校正电路的校正量基本满足要求;而对全固态发射机,由于固态AB类功放的线性动态范围不如电子管,要求有更大的校正量,因此,校正效果不太理想。下一步的研制重点将是吸收国外先进技术,开发新一代的适合全固态数字电视发射机的中频非线性预校正电路,如全数字实时预校正,使国产数字电视发射机技术迈上新台阶。
在相同覆盖范围的前提下,数字电视发射机的输出平均功率比模拟电视的同步顶功率低10-20dB。按照我国以城市为中心的无线覆盖特点,数字电视发射机的功率等级在1-2KW平均功率即可实现与现有模拟电视相同的覆盖。在未来的模拟电视向数字电视过渡期以及数字化以后的时期,我国的数字电视发射机将以全固态发射机和单电子管发射机为主要机型。
未来十几年,将是我国数字电视飞速发展的时代。在我国数字电视体系标准制订并颁布后,模拟电视将逐步向数字电视过渡,并进入家庭。这对广播电视业、微电子业、计算机业、网络业、家电业等都是一个机遇和挑战。
关键词数字电视;发射机;输出功率
中图分类号 TN836.3文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)032-0016-01
与模拟电视发射机不同,用做地面数字电视广播的发射机的输入信号不是通常的视频和音频节目信号,而是将音频、视频信号按MPEG2标准,经过压缩、编码,并与其他数据信息复用打包后的传输码流(TS流)。输入的TS流,经过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,然后上变频至发射频道,经射频放大后发送。
不同的数字电视地面广播标准,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。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。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。数字电视广播对发射机的最基本要求是功率放大器应有足够高的功率增益;要求放大器具有高线性、宽动态范围,即数字调制信号在动态峰值范围内时,发射机仍有良好的线性;发射机应有足够高的频率精度和频率稳定度、低的相位噪声,以保证被传输信号具有尽可能低的误码率和信杂比。数字电视发射机的额定输出功率按平均功率规定。这就要求数字电视发射机的末级功放应能在平均功率比峰值功率低得多的情况下高效率应用。发射机的末级功放通常采用AB类线性放大器。AB类放大器的效率高,但线性较差,需要有中频预校正措施改善放大器的线性。
数字电视发射机的机型,国外目前主要有采用感应输出管的I.O.T发射机、采用四极管包括双向四极管(DIACRODE)的单电子管发射机以及全固态发射机。这三种机型都工作于分米波段(UHF)。I.O.T功放的最大优点是效率高、线性较好,能在较宽的线性动态范围而平均功率较低的信号情况下高效率工作;非线性校正容易实现。单个I.O.T功放柜的输出平均功率约为20kW,若采用多个功放柜功率合成,则可提供90-200kW的数字平均功率。I.O.T发射机是目前高功率数字电视发射机的首选机型。UHF固态功放所用的功放管目前主要是双极型管。LDMOS器件和碳化硅功放管是近年推出的新型器件,在线性、增益和输出能力上都优于双极型管。固态功放的优势在于器件的寿命长及多管多重合成方式所特有的可靠冗余度,使发射机的可靠性和可维护性大大提高。其缺点是器件的价格较贵,线性较差,且效率较低。通常采用AB类工作以提高效率和输出能力。因此必须采用性能优良的中频预校正电路。目前全固态数字电视发射机的最大输出平均功率达5kW。
发射机用作数字电视广播时,技术重点都在研制开发适合数字电视发射机的中频预校正电路,以改善AB类放大器的线性、提高放大器的效率,这对全固态数字电视发射机尤其显得重要。前馈校正技术、数字自适应校正技术和改进的折线式非实时预校正技术是目前国外数字电视发射机采用的主要方式。超大功率合成技术的采用,使发射机整机的输出功率等级大幅度提高,由于冗余技术的采用,同时也提高了发射机的可靠性。
衡量数字电视发射机技术性能的主要技术参数包括:发射机输出功率(平均功率)及输出功率变化值。
发射机射频频谱特性(Spectrum Mask)。包括有效带宽内的带内波动范围;邻频道肩部(如±4.3MHz)的互调失真;邻频道抑制(如±8MHz);二次谐波。对8VSB传输模式需要测试带内信杂比;对COFDM传输模式则需要测试RS解码前在规定误码率、调制模式下的等效噪声降低分贝数。相位噪声容限和频率稳定度(带GPS或不带GPS)也是数字电视发射机的重要技术指标。发射机还应规定适用的数字电视制式、调制方式、工作带宽、工作频道,说明输入码流(通常为MPEG-2 TS流)的码率范围、输入接口形式,中频中心频率、中频电平及接口形式等。
国产数字电视发射机的研制重点同样在于发射机的中频预校正。性能优良的中频非线性预校正电路将极大地改善采用AB类功放的发射机性能,提高发射机的效率。这对全固态发射机尤为重要。目前国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。北京广播器材厂研制的数字电视发射机目前采用的是沿用模拟电视的折线式校正电路。实际应用结果表明,对单电子管发射机,这种校正电路的校正量基本满足要求;而对全固态发射机,由于固态AB类功放的线性动态范围不如电子管,要求有更大的校正量,因此,校正效果不太理想。下一步的研制重点将是吸收国外先进技术,开发新一代的适合全固态数字电视发射机的中频非线性预校正电路,如全数字实时预校正,使国产数字电视发射机技术迈上新台阶。
在相同覆盖范围的前提下,数字电视发射机的输出平均功率比模拟电视的同步顶功率低10-20dB。按照我国以城市为中心的无线覆盖特点,数字电视发射机的功率等级在1-2KW平均功率即可实现与现有模拟电视相同的覆盖。在未来的模拟电视向数字电视过渡期以及数字化以后的时期,我国的数字电视发射机将以全固态发射机和单电子管发射机为主要机型。
未来十几年,将是我国数字电视飞速发展的时代。在我国数字电视体系标准制订并颁布后,模拟电视将逐步向数字电视过渡,并进入家庭。这对广播电视业、微电子业、计算机业、网络业、家电业等都是一个机遇和挑战。