淺談地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)

貴州省廣播電視局七九四臺 周 忠

地面數(shù)字電視逐步取代傳統(tǒng)模擬電視，是我國廣播電視技術(shù)歷史性的一次飛躍。地面數(shù)字傳輸有很多優(yōu)勢，這些優(yōu)勢很難被其他傳輸方式取代。廣播電視的數(shù)字化，加快構(gòu)建了技術(shù)先進(jìn)、傳輸快捷、覆蓋廣泛的無線數(shù)字廣播電視公共服務(wù)體系，對國家具有非常重要的戰(zhàn)略意義。

1 地面數(shù)字電視

我國的無線電視經(jīng)歷了50多年的發(fā)展，由最開始的無線發(fā)射臺站接力傳輸組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信號無線覆蓋，再到衛(wèi)星傳輸、有線傳輸、無線傳輸?shù)榷喾N傳輸渠道共同組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信號覆蓋的模式。電視制式也由傳統(tǒng)的黑白D/K制式、PAL/D制式向目前正在實(shí)施的地面數(shù)字電視制式轉(zhuǎn)變。

1.1 地面數(shù)字電視的特點(diǎn)

地面數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)（簡稱：DTMB）采用時(shí)域同步正交頻分復(fù)用技術(shù)，支持多種調(diào)制方式：64-QAM、32-QAM、16-QAM、4-QAM、4-QAMNR。DTMB系統(tǒng)在8MHz帶寬內(nèi)可以支持4.813～32.486Mbit/s的凈載荷數(shù)據(jù)傳輸率，故在一個(gè)模擬電視頻道內(nèi)，地面數(shù)字電視可以傳送幾套甚至十幾套電視節(jié)目。DTMB系統(tǒng)支持不同的應(yīng)用：SDTV、HDTV、數(shù)據(jù)廣播和互聯(lián)網(wǎng)等。DTMB系統(tǒng)支持不同的接收方式：固定接收、便攜接收、步行接收和高速移動(dòng)接收。DTMB系統(tǒng)組網(wǎng)方式支持單頻組網(wǎng)（SFN）和多頻組網(wǎng)（MFN）。

DTMB系統(tǒng)采用BCH碼和低密度奇偶校驗(yàn)碼級聯(lián)的信道編碼形式，對信道編碼傳輸實(shí)行嚴(yán)格的差錯(cuò)控制，能夠有效控制誤碼率。總體來講，地面數(shù)字電視的特點(diǎn)有：信息傳播安全、可靠，覆蓋范圍廣，傳播內(nèi)容靈活，抗干擾能力強(qiáng)，建設(shè)、維護(hù)成本低，支持移動(dòng)接收等。

1.2 地面數(shù)字電視的發(fā)展

2011年以前，被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ITU采納的地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)有3個(gè)：美國的ATSC、歐洲的DVB-T、日本的ISDB-T。中國的地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)DTMB是2011年才被ITU采納，正式成為第四個(gè)地面數(shù)字電視傳輸國際標(biāo)準(zhǔn)。

2012年之后，按照國家廣電工信部、國家廣電總局的統(tǒng)一戰(zhàn)略部署，各個(gè)省逐步開始由模擬向數(shù)字的轉(zhuǎn)換。2015年9月，國家廣電總局廣播科學(xué)研究院出臺《貴州省中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程技術(shù)方案》。2016年開始，逐步完成工程實(shí)施并進(jìn)入試播調(diào)試階段。

2020年底，貴州省實(shí)現(xiàn)全面關(guān)停無線模擬電視，中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字信號區(qū)域全覆蓋。

2 地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)

數(shù)字電視發(fā)射機(jī)是地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的核心，電視發(fā)射機(jī)經(jīng)歷了電子管、速調(diào)管、IOT管、全固態(tài)等幾個(gè)階段。目前我國的數(shù)字電視發(fā)射機(jī)發(fā)展速度很快，發(fā)展趨勢主要有四個(gè)方向：首先是高可靠性，全固態(tài)發(fā)射機(jī)采用晶體管并聯(lián)運(yùn)用，采用功率合成技術(shù)，整機(jī)“冗余性”設(shè)計(jì)，相對傳統(tǒng)的電子管機(jī)型有很大的突破。其次是自動(dòng)化程度較高，隨著發(fā)射機(jī)可靠性的提升。

2.1 發(fā)射系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

地面數(shù)字電視信號源系統(tǒng)通常簡稱數(shù)字前端，發(fā)射系統(tǒng)將數(shù)字前端送來的TS流信號經(jīng)過調(diào)制，并進(jìn)行預(yù)失真校正，然后經(jīng)過功放單元把功率提升到目標(biāo)發(fā)射功率，最后通過天饋系統(tǒng)把數(shù)字電視信號以電磁波的形式輻射出去。地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

如果組網(wǎng)模式是單頻網(wǎng)（SFN），激勵(lì)器之前還需要有GPS授時(shí)器，為單頻組網(wǎng)提供參考時(shí)鐘。配電系統(tǒng)、風(fēng)冷系統(tǒng)、微機(jī)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)等未在圖1中體現(xiàn)。

2.2 發(fā)射系統(tǒng)的備份技術(shù)

信號源備份。地面數(shù)字電視的主用信號源是中星6A衛(wèi)星信號，單頻組網(wǎng)的8套央視節(jié)目，以及多頻組網(wǎng)的4套央視節(jié)目，都是分別打包好的，直接用專用接收機(jī)解調(diào)出來就可以用于發(fā)射。但是為了做到信號源備份，通常會(huì)選擇中星6B上的央視12套節(jié)目來作為備用信號源，由于央視12套節(jié)目零散地分布在三個(gè)下行頻率上，故需要分別解調(diào)出來，然后再通過編轉(zhuǎn)碼、統(tǒng)計(jì)復(fù)用，最終打包成為我們發(fā)射用的央視8套和央視4套節(jié)目。當(dāng)然，在復(fù)用的時(shí)候，可以選擇加入本地四套節(jié)目，因?yàn)槎囝l網(wǎng)預(yù)留有4套節(jié)目空間。

激勵(lì)器備份。2016年實(shí)施的《貴州省中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程》項(xiàng)目，統(tǒng)一招投標(biāo)的發(fā)射機(jī)是按照主備激勵(lì)器來配置的。激勵(lì)器承擔(dān)著發(fā)射系統(tǒng)的調(diào)制任務(wù)，是發(fā)射系統(tǒng)對電視信號加工處理的關(guān)鍵一步。

發(fā)射機(jī)備份。主備機(jī)的輸出經(jīng)過同軸開關(guān)切換至天線，這種方式比單機(jī)工作方式可靠性要高。同軸開關(guān)的切換，使得一臺連接天饋線，另一臺連接假負(fù)載。

3 發(fā)射系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

3.1 發(fā)射功率

地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射功率決定了地面數(shù)字電視信號的電場強(qiáng)度，直接關(guān)系著信號的覆蓋范圍、覆蓋質(zhì)量、可靠性等。2016年實(shí)施的《貴州省中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程》項(xiàng)目，地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)是統(tǒng)一按照1000W標(biāo)準(zhǔn)來配置的。

地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射功率（Pt）與有效覆蓋范圍的關(guān)系可以根據(jù)公式Ec=10·lgPt-20·lgd+106.92（式中d為到發(fā)射天線的距離，單位：km）來測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)繪制關(guān)系圖。

3.2 頻譜特性

帶肩。數(shù)字電視信號經(jīng)過放大，會(huì)在頻道外的互調(diào)產(chǎn)物為近似連續(xù)頻譜，頻道外的連續(xù)頻譜在頻道附近產(chǎn)生“肩”效應(yīng)，稱之為帶肩。我國一個(gè)電視頻道帶寬為8MHz，帶肩比為中心頻率與偏離中心頻率±4.2 MHz處功率的比值，單位為dBc。

不平坦度。不平坦度是頻譜特性很重要的指標(biāo)之一，記中心頻率處幅度記為Ac，記帶內(nèi)最大和最小幅度值分別記為Amax和Amin，帶內(nèi)頻譜不平坦度為Amin與Ac的差到Amax與Ac的差。

3.3 相位噪聲和抖動(dòng)

相位噪聲和抖動(dòng)是對同一種現(xiàn)象兩種不同的定量方式。在理想狀態(tài)下，一個(gè)1MHz的脈沖信號，每500ns就有一個(gè)跳變。但是絕對理想的這種信號并不存在，所以在脈沖跳變就會(huì)產(chǎn)生兩種情況，一種是跳早了，另一種是跳晚了。這種現(xiàn)象我們稱之為相位噪聲，或者抖動(dòng)。

3.4 調(diào)制誤差率

地面數(shù)字電視信號經(jīng)過QAM調(diào)制分成I和Q兩組，在兩個(gè)矢量方向分別量化。兩組信號經(jīng)同一本振混頻，相位相差90°。比如，量化分為8個(gè)等級，那么I和Q兩個(gè)矢量方向就會(huì)產(chǎn)生8×8=64個(gè)框的星座，也成星座圖。故不管數(shù)字電視采取哪一種調(diào)制方式，它的每一個(gè)信號都必將在星座圖上有一個(gè)相應(yīng)的位置。每一個(gè)方框的邊線即為相鄰信號的分界限，也稱“判斷門限”。又由于數(shù)字電視信號總是伴隨著廣義噪聲的存在，就很容易使得信號越過判斷門限，造成誤碼。

數(shù)字電視理想信號功率與噪聲功率之比，就是調(diào)制誤差率，簡稱MER。調(diào)制誤差率是反映數(shù)字電視信號經(jīng)傳輸后受到損傷的程度，是衡量數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的重要指標(biāo)，國家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)要求數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的調(diào)制誤差率要求達(dá)到≥32dB。