淺析地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)信號(hào)失真問(wèn)題

張宇

摘要 文章系統(tǒng)歸納總結(jié)了引起地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)信號(hào)失真的具體原因，探討了改善電視發(fā)射系統(tǒng)信號(hào)失真問(wèn)題預(yù)校正功能的作用和發(fā)展空間，并對(duì)當(dāng)前存在的技術(shù)和研究熱點(diǎn)做了簡(jiǎn)單分析。

關(guān)鍵詞 信號(hào)發(fā)射；信號(hào)技術(shù)；數(shù)字電視

中圖分類號(hào)TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)2095—6363（2017）03—0067—02

目前，被國(guó)際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）采納的地面數(shù)字點(diǎn)數(shù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)有美國(guó)高級(jí)電視系統(tǒng)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（Advanced Television Systems Committee，ATSC）、歐洲的數(shù)字視頻地面廣播標(biāo)準(zhǔn)（Digital Video Broadcasting Terrestrial，DVB-T）和日本的地面綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播標(biāo)準(zhǔn)（Integrated Service Digita]Broadcasting Terrestrial，ISDB T）。我國(guó)的地面數(shù)字多媒體廣播標(biāo)準(zhǔn)（Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting，DTMB）在2011年被ITU接納成為地面數(shù)字電視D系統(tǒng)。

我國(guó)地面數(shù)字電視廣播憑借信息安全性高、方便攜帶、抗干擾強(qiáng)以及覆蓋廣等優(yōu)勢(shì)在近年來(lái)日益顯現(xiàn)其重要性，成為人民群眾必不可少的電視傳播途徑。而地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的核心就是數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)，它的質(zhì)量直接影響電視廣播的覆蓋和信號(hào)效果，因此，探討影響數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)信號(hào)失真的原因，具有重要意義。而功率放大器是組成數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)中最重要的部分，其作用就是把激勵(lì)器所產(chǎn)生的射頻信號(hào)進(jìn)一步放大，經(jīng)放大后獲得足夠的射頻功率，把信號(hào)饋送到天上去。在理想情況下的功率放大器，其輸出信號(hào)和輸入信號(hào)應(yīng)當(dāng)一致，即波形相同。然而在實(shí)際中，輸出信號(hào)卻無(wú)法與輸入信號(hào)完全一致，這種現(xiàn)象稱為失真。即主要是功率放大器造成了發(fā)射系統(tǒng)中信號(hào)失真，下面探討功率放大器信號(hào)失真的原因。

1功率放大器信號(hào)失真問(wèn)題分析

在發(fā)射系統(tǒng)中常見(jiàn)的失真類型有2種：分別是線性失真（Iinear distortion）和非線性失真（nonlinear distortion）。

1.1線性失真

傳輸?shù)男盘?hào)有3個(gè)主要特性：頻率、幅度和相位。只有這3個(gè)因素都正確，信號(hào)才能被完美地再生和體現(xiàn)，而不會(huì)出現(xiàn)所謂的失真。常見(jiàn)的線性失真的原因有以下幾種：1）功率放大器運(yùn)作時(shí)有不同的電容相互影響，導(dǎo)致對(duì)輸入信號(hào)產(chǎn)生不同程度的增益與相位，即功率放大器的頻率特性不良好干擾了信號(hào)傳播；2）發(fā)射鏈路中各級(jí)濾波器的帶內(nèi)不平坦造成的線性失真；3）即使信號(hào)在不同頻率的幅度相應(yīng)是正確的，但如果整個(gè)發(fā)射鏈路中不同頻率的群延時(shí)不相等，也會(huì)導(dǎo)致線性失真。所謂群延時(shí)，就是系統(tǒng)在某頻率處，相位相對(duì)于頻率的變化率。群延時(shí)的指標(biāo)也經(jīng)常用來(lái)表征系統(tǒng)線性失真的程度；4）整個(gè)發(fā)射鏈路中各個(gè)模擬器件之間的連接可能存在阻抗不匹配的現(xiàn)象，這些阻抗不匹配會(huì)導(dǎo)致器件之間的信號(hào)反射，從而引起帶內(nèi)頻譜波動(dòng)，產(chǎn)生線性失真。

信號(hào)線性失真雖然沒(méi)有產(chǎn)生新的頻率分量，但是產(chǎn)生的相應(yīng)幅度失真、相位失真和群延時(shí)失真等問(wèn)題，從而影響發(fā)射信號(hào)質(zhì)量，損耗發(fā)射功率，降低發(fā)射效率。直接測(cè)量線性失真度往往需要專業(yè)的、帶有解調(diào)功能的精密測(cè)試儀器才能進(jìn)行，因此為了降低現(xiàn)場(chǎng)操作的不便性，在實(shí)際中常常通過(guò)發(fā)射機(jī)關(guān)鍵指標(biāo)來(lái)衡量線性失真的程度，例如通過(guò)帶內(nèi)平坦度和調(diào)制誤差率兩個(gè)指標(biāo)。當(dāng)輸出信號(hào)的射頻指標(biāo)能夠滿足包括帶內(nèi)平坦度和調(diào)制誤差率在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，往往就認(rèn)為輸出信號(hào)的線性失真在可允許的范圍內(nèi)。這樣的簡(jiǎn)化操作既在合理的基礎(chǔ)上對(duì)降低發(fā)射系統(tǒng)線性失真提出了量化要求，也簡(jiǎn)化了對(duì)日常的監(jiān)測(cè)和測(cè)量設(shè)備的要求，具有積極可靠的現(xiàn)實(shí)意義。

1.2非線性失真

非線性失真即功率放大器中的輸入與輸出信號(hào)不是呈現(xiàn)線性關(guān)系，最終導(dǎo)致輸出的信號(hào)有新的射頻成分，源信號(hào)的頻率改變。常見(jiàn)的非線性失真的原因有以下幾種：1）模擬器件本身的非線性特性導(dǎo)致非線性失真，常見(jiàn)的是功率放大器工作時(shí)的位置設(shè)置不當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作等位置設(shè)置不合適或者輸入信號(hào)過(guò)大有關(guān)；2）生產(chǎn)廠商為了提高功率放大器的效率，上調(diào)各級(jí)的放大器的輸出功率，忽略了其線性度，當(dāng)信號(hào)比較高時(shí)很容易造成非線性失真。

非線性失真的危害主要集中在2個(gè)方面，一是會(huì)造成相鄰的信號(hào)道干擾，也會(huì)使得帶外頻譜重生。二是造成信號(hào)質(zhì)量差，誤差矢量增大，因?yàn)橛行拑?nèi)的信號(hào)互調(diào)失真。而解決線性度和工作效率之間的矛盾的一般方法是常用的功率回退法。這種方法是通過(guò)將放大過(guò)的功率回退，恢復(fù)原來(lái)的線性，但是也使得工作系統(tǒng)的效率降低。同時(shí)，該方法存在比較多的缺點(diǎn)，例如相關(guān)的設(shè)備成本大大增加，有時(shí)為發(fā)射系統(tǒng)成本的1/3左右。其無(wú)法充分利用電源，浪費(fèi)了很多電能和部分功率放大器，也不符合環(huán)保理念.

2預(yù)校正方式的作用

2.1預(yù)校正

所謂的預(yù)校正就是提前對(duì)進(jìn)入的輸入信號(hào)進(jìn)行幅度與相位的預(yù)演，假設(shè)在已經(jīng)失真的情況下進(jìn)行的一種抵消整個(gè)發(fā)射鏈路的失真的一種操作方式。也可以把預(yù)校正看作一個(gè)能夠抵消功率放大器以及其他部件產(chǎn)生的線性失真與非線性失真的一個(gè)器件，這樣一來(lái)會(huì)使得預(yù)失真器件在內(nèi)的整個(gè)發(fā)射鏈路成為一個(gè)完美的線性系統(tǒng)，輸入信號(hào)可以完美的放大，發(fā)射出去的信號(hào)更為優(yōu)質(zhì)。在2008年頒布的標(biāo)準(zhǔn)GY/T229.2—2008中也要求對(duì)該器件必須具有線性和非線性預(yù)校正功能。

2.2預(yù)校正的缺點(diǎn)

預(yù)校正技術(shù)真正實(shí)施很難，因?yàn)槟M預(yù)校正會(huì)受到來(lái)自自身的白增福效應(yīng)以及功率放大器里面的更高的高階非線性特性約束，而低階預(yù)演的模擬失真必然會(huì)導(dǎo)致高階線性非特性的產(chǎn)生，無(wú)論低頻中頻或者高頻，后接入的混頻器和濾波器都會(huì)有時(shí)間上的延遲，這些都會(huì)對(duì)預(yù)校正的結(jié)果產(chǎn)生影響。

總之，預(yù)校正技術(shù)存在實(shí)際操作復(fù)雜、難以調(diào)控、準(zhǔn)確度差等缺點(diǎn)，在實(shí)際操作中還會(huì)由于其他因素產(chǎn)生干擾，應(yīng)用還不成熟，這也限制了其推廣與應(yīng)用。

2.3預(yù)校正的發(fā)展探討

相比較模擬預(yù)校正技術(shù)措施，數(shù)字基帶預(yù)校正有很多的優(yōu)點(diǎn)，它的操作模式是在信號(hào)進(jìn)入放大功率器之前，對(duì)要輸入的信號(hào)進(jìn)行預(yù)先的反向失真，這樣可以在數(shù)字化范圍進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，避免了模擬預(yù)校正技術(shù)的自身增益效應(yīng)，從而能很好的處理線性和非線性失真。數(shù)字基帶預(yù)校正只需要使用少量的器件，成本低，其次該技術(shù)并不依賴于系統(tǒng)的工作頻率，更不涉及模擬校正技術(shù)那樣的復(fù)雜信號(hào)處理，均轉(zhuǎn)換為數(shù)字化操作，方便調(diào)控，精度高，而其穩(wěn)定性相比以前的技術(shù)卻要高得多。

因此，數(shù)字基帶預(yù)校正技術(shù)會(huì)是將來(lái)數(shù)字電視信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)發(fā)展的必經(jīng)之路，尤其是新發(fā)展的自適應(yīng)預(yù)校正算法，減少了人力的浪費(fèi)，而其由于是能夠隨放大器變化的隨機(jī)模型，因此對(duì)具有記憶功能的功率放大器同樣可以進(jìn)行校正?，F(xiàn)在學(xué)著研究熱點(diǎn)集中在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)失真、DSP自適應(yīng)算法等領(lǐng)域。

3結(jié)論

預(yù)校正技術(shù)大大改善了線性與非線性失真的狀態(tài)，同時(shí)也提高了功率放大器的效率后，即在相同條件下能發(fā)射更大的功率，明顯改善了信號(hào)質(zhì)量和覆蓋效果。另外，預(yù)校正功能大大降低了設(shè)備成本和人力成本，電能的利用率大大提升，符合能源綠色環(huán)保理念，必將開(kāi)創(chuàng)一個(gè)新的世界。