數(shù)字電視發(fā)射機(jī)激勵(lì)器電路技術(shù)分析

任立君 李艷華 王秋松（內(nèi)蒙古新聞出版廣電局阿爾山768發(fā)射臺(tái)，內(nèi)蒙古 興安盟阿爾山 137800）

數(shù)字電視發(fā)射機(jī)激勵(lì)器電路技術(shù)分析

任立君 李艷華 王秋松
（內(nèi)蒙古新聞出版廣電局阿爾山768發(fā)射臺(tái)，內(nèi)蒙古 興安盟阿爾山 137800）

摘 要：數(shù)字激勵(lì)器的信號(hào)處理方式不同于模擬激勵(lì)器，數(shù)字激勵(lì)器在處理輸入的TS信號(hào)時(shí)，需要把輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為正交數(shù)字基帶信號(hào)，然后進(jìn)行均衡處理和線(xiàn)性預(yù)校正，處理后的信號(hào)再轉(zhuǎn)換回模擬基帶信號(hào)，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

數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的激勵(lì)器通過(guò)信道編碼、調(diào)制和上變頻等手段，提高了信號(hào)的抗干擾能力，確保了傳輸信號(hào)的穩(wěn)定收發(fā)。輸入激勵(lì)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(hào)通過(guò)上變頻至RF載波頻道。數(shù)字激勵(lì)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(dòng)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(lì)器由對(duì)數(shù)字TS流進(jìn)行編碼的編碼器電路，對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)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(lì)器構(gòu)成

1 編碼器

數(shù)字激勵(lì)器編碼器起到3個(gè)方面的作用。一是糾錯(cuò)編碼，二是按要求的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)制，三是延時(shí)控制。主要功能是對(duì)輸入的數(shù)字碼流進(jìn)行信道編碼（糾錯(cuò)編碼）。考慮到雷電、電器電火花等對(duì)發(fā)射的調(diào)制信號(hào)信道造成的干擾，及移動(dòng)接收信號(hào)時(shí)的多普勒效應(yīng)干擾，同模擬信號(hào)相比，數(shù)字信號(hào)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(cuò)編碼）。FEC糾錯(cuò)能力較強(qiáng)，接收端接收碼字解碼后，容易發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，同時(shí)能夠找出錯(cuò)誤碼元處在的位置，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整糾錯(cuò)，F(xiàn)EC編碼技術(shù)實(shí)時(shí)性強(qiáng)，無(wú)需反饋糾錯(cuò)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(cuò)誤編碼時(shí)，F(xiàn)EC編碼技術(shù)不能很好的處理，為了對(duì)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(hào)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(cuò)碼字的前提下，那些成串的誤碼就能夠被分散開(kāi)，經(jīng)過(guò)交織的編碼類(lèi)似于獨(dú)立的隨機(jī)錯(cuò)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(lì)器用于DVB-T標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，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(shí)，只能依靠提高發(fā)射機(jī)功率和天線(xiàn)高度及增加頻率來(lái)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(guò)建立SFN（單頻網(wǎng)）來(lái)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(hào)中的字節(jié)通過(guò)映射產(chǎn)生I、Q符號(hào)，該符號(hào)為基帶信號(hào)且相互正交，之后通過(guò)快速I(mǎi)FFT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(shí)，需要參加的全部發(fā)射機(jī)的時(shí)間和頻率同步一致。這需要通過(guò)激勵(lì)器編碼器進(jìn)行延時(shí)控制實(shí)現(xiàn)。激勵(lì)器編碼器實(shí)施延時(shí)控制是通過(guò)接收GPS的1PPS（秒脈沖）和參考頻率（10MHz）鎖相同步來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 數(shù)字均衡器

數(shù)字電視信號(hào)要求發(fā)射機(jī)功放系統(tǒng)必須有較好的線(xiàn)性，當(dāng)前改善功放系統(tǒng)線(xiàn)性度比較成熟的方法是在數(shù)字激勵(lì)器中加入預(yù)校正技術(shù)和均衡技術(shù)。數(shù)字激勵(lì)器的均衡器包括線(xiàn)性均衡器和群時(shí)延均衡器。數(shù)字均衡器主要有兩個(gè)功能，一個(gè)功能是預(yù)校正數(shù)字I、Q基帶信號(hào)的電平（相位、頻響），另一個(gè)功能是將數(shù)字I、Q基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，同時(shí)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(xiàn)性總失真，線(xiàn)性失真包括相位線(xiàn)性失真和幅度線(xiàn)性失真。發(fā)射機(jī)產(chǎn)生線(xiàn)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(duì)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(xiàn)性失真將下降至滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求的水平。理想的頻響是一個(gè)常數(shù)和頻率無(wú)關(guān)。群時(shí)延就是相位相對(duì)于頻率的失真，是指不同頻率的信號(hào)在通過(guò)整個(gè)信號(hào)帶寬范圍時(shí)產(chǎn)生不同的時(shí)延。理想的群時(shí)延也是一個(gè)常數(shù)和頻率無(wú)關(guān)。補(bǔ)償群時(shí)延失真的辦法通常是采用兩個(gè)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(lì)器調(diào)制器的功能是把經(jīng)過(guò)COFDM調(diào)制并進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后的兩路I、Q正交信號(hào)和頻率合成器輸出的視頻載波信號(hào)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(hào)頻率，為單頻網(wǎng)提供參考時(shí)間和參考頻率。載波頻率的產(chǎn)生通過(guò)PLL（鎖相環(huán)頻率合成器）完成。PLL回路包括一個(gè)恒溫VCXO（壓控晶體振蕩器），帶寬為10MHz。輸出的每個(gè)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(lì)器一般都配有可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控的RS232接口，同時(shí)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(bào)警信息、參數(shù)配置信息、發(fā)射機(jī)的開(kāi)啟與關(guān)閉及歷史記錄等信息。通過(guò)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(shí)狀態(tài)，控制單元通過(guò)外接傳感器監(jiān)測(cè)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(dòng)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(shí)自適應(yīng)系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)射機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)自動(dòng)校正產(chǎn)生的波動(dòng)，確保了發(fā)射機(jī)輸出的信號(hào)始終保持較高指標(biāo)和穩(wěn)定的狀態(tài)，也方便了用戶(hù)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(lèi)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(wèn)題還是功放系統(tǒng)的線(xiàn)性問(wèn)題，數(shù)字電視信號(hào)的調(diào)制都采用多載波方式，如果功放的線(xiàn)性差，在互調(diào)失真較大時(shí)就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的帶內(nèi)干擾或鄰頻帶干擾，在解調(diào)時(shí)因互調(diào)失真導(dǎo)致接收的信號(hào)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(xiàn)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(duì)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(gè)理想的補(bǔ)償曲線(xiàn)，曲線(xiàn)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(jí)聯(lián)后就變成了理想的線(xiàn)性放大系統(tǒng)。已調(diào)制的中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)限幅器后進(jìn)行線(xiàn)性均衡和非線(xiàn)性預(yù)校正，在處理的過(guò)程中反復(fù)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，功放系統(tǒng)輸出端反饋回來(lái)的解調(diào)信號(hào)也被送入數(shù)字信號(hào)處理單元，數(shù)字信號(hào)處理單元按照一定的規(guī)則實(shí)時(shí)調(diào)整均衡器和非線(xiàn)性校正器的工作參數(shù)，來(lái)獲取補(bǔ)償曲線(xiàn)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(xiàn)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(shí)首先進(jìn)行信號(hào)限幅選擇，選擇合適的幅度來(lái)降低信號(hào)的峰值--平均值之比，同時(shí)清除掉數(shù)字信號(hào)處理時(shí)產(chǎn)生的臺(tái)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(hào)進(jìn)行自適應(yīng)線(xiàn)性均衡器的選擇，用來(lái)校正發(fā)射機(jī)無(wú)源器件（功率合成器、諧振腔和濾波器）產(chǎn)生的線(xiàn)性失真。然后進(jìn)入幅度相位的非線(xiàn)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(hào)，經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理后產(chǎn)生中頻數(shù)字復(fù)信號(hào)作為反饋信號(hào)和進(jìn)行線(xiàn)性均衡后的信號(hào)一起被計(jì)算處理得出當(dāng)前的校正量。進(jìn)行非線(xiàn)性預(yù)校正處理后的信號(hào)通常還要限幅，如果幅度小于設(shè)定的門(mén)限時(shí)不處理，大于門(mén)限時(shí)，取門(mén)限值。一般還要采用限幅濾波器來(lái)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(hào)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(tái)肩處可以提高約10dB，增加了功放的線(xiàn)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(wèn)題，提高了接收效果。

結(jié)語(yǔ)

數(shù)字激勵(lì)器輸入數(shù)字信號(hào)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(hào)的抗干擾能力，保證了數(shù)字電視信號(hào)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(lì)器淺析以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[D].西安理工大學(xué)， 2006.

中圖分類(lèi)號(hào)：TN948

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A