數(shù)字電視發(fā)射機(jī)激勵器電路技術(shù)分析

任立君? 李艷華? 王秋松

摘 要：數(shù)字激勵器的信號處理方式不同于模擬激勵器，數(shù)字激勵器在處理輸入的TS信號時，需要把輸入信號轉(zhuǎn)換為正交數(shù)字基帶信號，然后進(jìn)行均衡處理和線性預(yù)校正，處理后的信號再轉(zhuǎn)換回模擬基帶信號，經(jīng)調(diào)制在RF載波頻點(diǎn)處經(jīng)功率放大器放大輸出。

關(guān)鍵詞：編碼器；數(shù)字均衡器；數(shù)字自適應(yīng)預(yù)校正

中圖分類號：TN948 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的激勵器通過信道編碼、調(diào)制和上變頻等手段，提高了信號的抗干擾能力，確保了傳輸信號的穩(wěn)定收發(fā)。輸入激勵器的傳輸碼流是MPEG - 2 TS，經(jīng)編碼器信道編碼和數(shù)字調(diào)制器調(diào)制后的標(biāo)準(zhǔn)輸出中頻信號通過上變頻至RF載波頻道。數(shù)字激勵器采用中頻自適應(yīng)預(yù)校正技術(shù)改善了互調(diào)失真指標(biāo)，提高了功放系統(tǒng)的效率，實(shí)現(xiàn)了整機(jī)系統(tǒng)的自動調(diào)整，確保了發(fā)射機(jī)能夠高效穩(wěn)定的運(yùn)行。數(shù)字激勵器由對數(shù)字TS流進(jìn)行編碼的編碼器電路，對數(shù)字基帶信號進(jìn)行預(yù)校正和數(shù)/模轉(zhuǎn)換的數(shù)字均衡器電路，調(diào)制器電路，產(chǎn)生RF載波的頻率合成器電路和控制電路等組成。電路工作框圖如圖1所示。

一、數(shù)字激勵器構(gòu)成

1 編碼器

數(shù)字激勵器編碼器起到3個方面的作用。一是糾錯編碼，二是按要求的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)制，三是延時控制。主要功能是對輸入的數(shù)字碼流進(jìn)行信道編碼（糾錯編碼）。考慮到雷電、電器電火花等對發(fā)射的調(diào)制信號信道造成的干擾，及移動接收信號時的多普勒效應(yīng)干擾，同模擬信號相比，數(shù)字信號的抗干擾能力要求更高。

編碼器使用FEC編碼技術(shù)（前向糾錯編碼）。FEC糾錯能力較強(qiáng)，接收端接收碼字解碼后，容易發(fā)現(xiàn)錯誤，同時能夠找出錯誤碼元處在的位置，進(jìn)行自動調(diào)整糾錯，F(xiàn)EC編碼技術(shù)實(shí)時性強(qiáng)，無需反饋糾錯信息，因此這種信道編碼方式在單向傳輸?shù)膹V播系統(tǒng)中被廣泛采用。但在發(fā)生突發(fā)性連串錯誤編碼時，F(xiàn)EC編碼技術(shù)不能很好的處理，為了對付大面積突發(fā)性的誤碼，編碼器還使用了交織編碼技術(shù)。交織編碼是指已經(jīng)編碼的信號按照要求的規(guī)則進(jìn)行重新排列，這樣在不需要增加額外的糾錯碼字的前提下，那些成串的誤碼就能夠被分散開，經(jīng)過交織的編碼類似于獨(dú)立的隨機(jī)錯誤。

數(shù)字編碼器按照不同的標(biāo)準(zhǔn)采取相應(yīng)的調(diào)制技術(shù)。當(dāng)數(shù)字激勵器用于DVB-T標(biāo)準(zhǔn)時，一般使用COFDM調(diào)制技術(shù)。這是一種在字符間添加了保護(hù)間隔的多載波調(diào)制技術(shù)，由于增加了保護(hù)間隔，它克服了多徑傳輸?shù)母蓴_。模擬發(fā)射在提高覆蓋范圍時，只能依靠提高發(fā)射機(jī)功率和天線高度及增加頻率來實(shí)現(xiàn)，具有很大的浪費(fèi)。采用數(shù)字技術(shù)發(fā)射可以通過建立SFN（單頻網(wǎng)）來增加覆蓋，建立SFN（單頻網(wǎng)）就采用COFDM這種調(diào)制方式。COFDM多載波調(diào)制技術(shù)通常采用兩種模式（2K 、8K）；QPSK、16QAM、64QAM三種調(diào)制方式；1/4 、1/8 、1/16 、1/32四種保護(hù)間隔。子載波的產(chǎn)生不同于傳統(tǒng)模擬方式依靠頻率合成器完成，信號中的字節(jié)通過映射產(chǎn)生I、Q符號，該符號為基帶信號且相互正交，之后通過快速IFFT反向傅立葉變換產(chǎn)生子載波。

數(shù)字電視發(fā)射機(jī)建立SFN（單頻網(wǎng)）時，需要參加的全部發(fā)射機(jī)的時間和頻率同步一致。這需要通過激勵器編碼器進(jìn)行延時控制實(shí)現(xiàn)。激勵器編碼器實(shí)施延時控制是通過接收GPS的1PPS（秒脈沖）和參考頻率（10MHz）鎖相同步來實(shí)現(xiàn)。

2 數(shù)字均衡器

數(shù)字電視信號要求發(fā)射機(jī)功放系統(tǒng)必須有較好的線性，當(dāng)前改善功放系統(tǒng)線性度比較成熟的方法是在數(shù)字激勵器中加入預(yù)校正技術(shù)和均衡技術(shù)。數(shù)字激勵器的均衡器包括線性均衡器和群時延均衡器。數(shù)字均衡器主要有兩個功能，一個功能是預(yù)校正數(shù)字I、Q基帶信號的電平（相位、頻響），另一個功能是將數(shù)字I、Q基帶信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，同時送入調(diào)制器進(jìn)行變頻轉(zhuǎn)換。

均衡器補(bǔ)償數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的各部分產(chǎn)生的線性總失真，線性失真包括相位線性失真和幅度線性失真。發(fā)射機(jī)產(chǎn)生線性失真的主要器件是功放系統(tǒng)的輸入/輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和腔體及射頻濾波器。這些器件產(chǎn)生的頻響成為復(fù)頻響，都需要對其幅度和相位進(jìn)行均衡。均衡器輸出的頻響與發(fā)射機(jī)各部分的總頻響呈復(fù)數(shù)共軛的函數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系，當(dāng)發(fā)射機(jī)的復(fù)頻響與均衡器產(chǎn)生的頻響函數(shù)相乘后，發(fā)射機(jī)的線性失真將下降至滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的水平。理想的頻響是一個常數(shù)和頻率無關(guān)。群時延就是相位相對于頻率的失真，是指不同頻率的信號在通過整個信號帶寬范圍時產(chǎn)生不同的時延。理想的群時延也是一個常數(shù)和頻率無關(guān)。補(bǔ)償群時延失真的辦法通常是采用兩個數(shù)字均衡濾波器用于高頻和低頻補(bǔ)償。

3 調(diào)制器

數(shù)字激勵器調(diào)制器的功能是把經(jīng)過COFDM調(diào)制并進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后的兩路I、Q正交信號和頻率合成器輸出的視頻載波信號進(jìn)行混頻、變頻成一路射頻輸出。

4 頻率合成器

頻率合成器的主要功能為輸出調(diào)制需要的視頻載波本振信號頻率，為單頻網(wǎng)提供參考時間和參考頻率。載波頻率的產(chǎn)生通過PLL（鎖相環(huán)頻率合成器）完成。PLL回路包括一個恒溫VCXO（壓控晶體振蕩器），帶寬為10MHz。輸出的每個頻率都與10MHz基準(zhǔn)頻率同步，10MHz基準(zhǔn)頻率的頻率精度較高，較高的頻率精度可降低噪聲和確保短期的穩(wěn)定性。

5 控制電路

數(shù)字激勵器一般都配有可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控的RS232接口，同時安裝以工控機(jī)為核心的控制處理單元?？刂铺幚韱卧峁┝税l(fā)射機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)信息、故障報警信息、參數(shù)配置信息、發(fā)射機(jī)的開啟與關(guān)閉及歷史記錄等信息。通過操控工控機(jī)可以顯示功放系統(tǒng)內(nèi)部各功放模塊的實(shí)時狀態(tài)，控制單元通過外接傳感器監(jiān)測發(fā)射機(jī)各裝置，管理發(fā)射機(jī)的全部操作。

二、中頻自適應(yīng)數(shù)字預(yù)校正技術(shù)

自適應(yīng)數(shù)字預(yù)校正技術(shù)（DAP）可將發(fā)射機(jī)在啟動后的數(shù)分鐘之內(nèi)將發(fā)射機(jī)性能調(diào)整至最佳狀態(tài)，它不需要外界人工干預(yù)，同時自適應(yīng)系統(tǒng)通過實(shí)時監(jiān)控發(fā)射機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)來自動校正產(chǎn)生的波動，確保了發(fā)射機(jī)輸出的信號始終保持較高指標(biāo)和穩(wěn)定的狀態(tài)，也方便了用戶的維護(hù)。采用自適應(yīng)數(shù)字預(yù)校正電路大大改善了數(shù)字電視發(fā)射機(jī)AB類功放系統(tǒng)的性能，提高了發(fā)射機(jī)的效率。數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵性技術(shù)問題還是功放系統(tǒng)的線性問題，數(shù)字電視信號的調(diào)制都采用多載波方式，如果功放的線性差，在互調(diào)失真較大時就會導(dǎo)致嚴(yán)重的帶內(nèi)干擾或鄰頻帶干擾，在解調(diào)時因互調(diào)失真導(dǎo)致接收的信號質(zhì)量很差。當(dāng)前采用最廣泛的技術(shù)是中頻自適應(yīng)數(shù)字預(yù)校正技術(shù)，它具有精度準(zhǔn)確、線性度好、易于電路集成模塊化的優(yōu)點(diǎn)。

中頻自適應(yīng)數(shù)字預(yù)校正針對發(fā)射機(jī)功放系統(tǒng)進(jìn)行校正，它的原理是預(yù)先制定一個理想的補(bǔ)償曲線，曲線的幅度——幅度、相位——幅度與功率放大器系統(tǒng)的響應(yīng)互補(bǔ)，功率放大器和預(yù)校正器級聯(lián)后就變成了理想的線性放大系統(tǒng)。已調(diào)制的中頻信號經(jīng)過限幅器后進(jìn)行線性均衡和非線性預(yù)校正，在處理的過程中反復(fù)進(jìn)行數(shù)字信號處理，功放系統(tǒng)輸出端反饋回來的解調(diào)信號也被送入數(shù)字信號處理單元，數(shù)字信號處理單元按照一定的規(guī)則實(shí)時調(diào)整均衡器和非線性校正器的工作參數(shù)，來獲取補(bǔ)償曲線參數(shù)以抵消功放系統(tǒng)的響應(yīng)，降低三階互調(diào)失真和五階互調(diào)失真的影響，改善了功放的線性度。自適應(yīng)數(shù)字中頻預(yù)校正原理如圖2所示。

中頻自適應(yīng)數(shù)字預(yù)校正器工作時首先進(jìn)行信號限幅選擇，選擇合適的幅度來降低信號的峰值--平均值之比，同時清除掉數(shù)字信號處理時產(chǎn)生的臺肩，降低了因功率器件質(zhì)量劣化造成的功率回退。限幅后的信號進(jìn)行自適應(yīng)線性均衡器的選擇，用來校正發(fā)射機(jī)無源器件（功率合成器、諧振腔和濾波器）產(chǎn)生的線性失真。然后進(jìn)入幅度相位的非線性預(yù)校正環(huán)節(jié)，解調(diào)功放輸出端反饋回的射頻信號，經(jīng)數(shù)字信號處理后產(chǎn)生中頻數(shù)字復(fù)信號作為反饋信號和進(jìn)行線性均衡后的信號一起被計算處理得出當(dāng)前的校正量。進(jìn)行非線性預(yù)校正處理后的信號通常還要限幅，如果幅度小于設(shè)定的門限時不處理，大于門限時，取門限值。一般還要采用限幅濾波器來濾除限幅造成的帶外產(chǎn)物，使其降低到限幅處理以前的帶外產(chǎn)物信號電平狀態(tài)。

采用中頻自適應(yīng)數(shù)字預(yù)校正技術(shù)后，一般在頻譜臺肩處可以提高約10dB，增加了功放的線性區(qū)間范圍，降低了鄰頻道干擾，有效解決了因功率回退導(dǎo)致的輸入功率增加的問題，提高了接收效果。

結(jié)語

數(shù)字激勵器輸入數(shù)字信號TS流，采用數(shù)字處理技術(shù)和數(shù)字自適應(yīng)預(yù)校正技術(shù)，提高了信號的抗干擾能力，保證了數(shù)字電視信號能正確地傳輸和接收。

參考文獻(xiàn)

[1]顧明良.數(shù)字電視發(fā)射機(jī)激勵器淺析以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計[D].西安理工大學(xué)， 2006.