淺談地面數(shù)字電視預(yù)校正技術(shù)及實例分析

蔣斌貴 何 宇

一、引言

隨著中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程的啟動，近幾年來廣西全區(qū)的地面數(shù)字電視迎來了快速發(fā)展。數(shù)字電視與模擬電視相比，有許多明顯的優(yōu)勢，例如，單臺發(fā)射機可同時播出多套節(jié)目、信號易于傳輸和存儲、節(jié)目傳輸質(zhì)量高、抗干擾能力強以及無噪聲積累等。面對新設(shè)備、新技術(shù)，做好地面數(shù)字電視的運行維護管理工作，需要熟練掌握數(shù)字電視的相關(guān)技術(shù)和標準，其中包括激勵器的預(yù)校正功能。使用預(yù)校正功能和技術(shù)，可改善數(shù)字電視的相關(guān)指標，提高覆蓋效果，保障設(shè)備穩(wěn)定運行，確保數(shù)字電視節(jié)目安全播出。

二、預(yù)校正的成因與原理

在地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)中，前端信號TS流進入激勵器后輸出射頻信號，功率一般都很小，需要經(jīng)過前級推動單元和功率放大器放大，獲得一定的射頻功率，最后送到天線上發(fā)射出去?？梢?，功率放大器在發(fā)射鏈路中起著非常重要的作用。理論上，功率放大器輸出信號和輸入信號的波形應(yīng)該一致，盡管兩者存在時間差，幅度上也有差異。事實上，因為存在許多其他因素，功率放大器前后兩端的信號波形不可能完全一致，此現(xiàn)象被稱為失真。在功率放大器中，常見的失真類型有線性失真和非線性失真兩種情況。

線性失真是指出現(xiàn)群時延、相位失真以及幅度失真等情況，它不會生成新的頻率分量。由于功率放大器的頻率特性不平坦，信號的相關(guān)特性發(fā)生改變，從而導(dǎo)致發(fā)射效率變差，發(fā)射功率降低，信號傳輸質(zhì)量變?nèi)?，覆蓋效果也變差。

非線性失真是指出現(xiàn)諧波失真、互調(diào)失真等情況，功率放大器前后兩端的信號不是線性關(guān)系，頻率線性度變差，末端信號中存在新的頻率分量。輸入信號過大、功率放大器中的非線性器件或者功放靜態(tài)工作點設(shè)置不合適，都是導(dǎo)致非線性失真的因素。非線性失真會造成有效帶寬內(nèi)信號的互調(diào)失真，使得MER（調(diào)制誤碼率）變小，誤差矢量幅度變大，信號質(zhì)量變低，同時也會造成帶外頻譜再生，引起鄰信道干擾。

為減少發(fā)射系統(tǒng)的非線性失真，盡可能使用線性功率放大器，同時還可以采取功率回退法和預(yù)校正技術(shù)兩種措施。功率回退法，是指適當降低功率放大器的功率，使它工作在線性且無失真的狀態(tài)。

在實際運用中，功率回退法不能達到滿意的效果，具有一定的局限性，而預(yù)校正技術(shù)正好可以彌補這個缺陷。并且標準GY/T229.2-2008中也明確提出，激勵器需具備線性和非線性預(yù)校正功能，以改善發(fā)射機輸出信號的頻譜特性。預(yù)校正就是指在激勵器中完成信號的預(yù)先校正，即提前對信號的相位和幅度進行預(yù)失真操作。初看起來，經(jīng)過預(yù)失真操作后，激勵器輸出一個非線性信號到功率放大器，會加重信號的非線性度。事實上，功率放大器以及整個發(fā)射鏈路本身存在非線性特性，而激勵器輸出信號的非線性恰好與之相反，兩者相互抵消，整個鏈路相當于一個完美的線性系統(tǒng)，因此原信號被有效放大，系統(tǒng)末端輸出理想信號。

三、預(yù)校正技術(shù)的實現(xiàn)與發(fā)展

預(yù)校正技術(shù)一般可分為模擬預(yù)校正和數(shù)字預(yù)校正。在地面數(shù)字電視中，采用的是數(shù)字預(yù)校正，它是在基帶數(shù)字域完成的，所以也稱為數(shù)字基帶預(yù)校正。它的實現(xiàn)依賴于激勵器中的FPGA硬件平臺，在基帶數(shù)字域完成非線性預(yù)校正操作，從而補償發(fā)射機末級功放的非線性失真。數(shù)字預(yù)校正具有以下幾個優(yōu)點：1.在全數(shù)字域內(nèi)操作，便于控制，精確度高；2.擴展性好，方便融入新技術(shù)；3.需要的模擬器件少，節(jié)約成本；4.在基帶內(nèi)完成數(shù)字信號處理，與工作頻率無關(guān)。

數(shù)字預(yù)校正技術(shù)在不斷發(fā)展和完善，比如新技術(shù)自適應(yīng)預(yù)校正算法，通過采集功率放大器前后兩端的信號，進行比較，來判斷信號的失真程度，并根據(jù)失真程度自動進行預(yù)失真操作，即可完成預(yù)校正功能。自適應(yīng)預(yù)校正算法自動化程度高、可靠性強，避免了傳統(tǒng)預(yù)校正需要手動操作的弊端。

四、預(yù)校正操作實例

據(jù)群眾反映，收看“村村通”無線發(fā)射臺站龍勝轉(zhuǎn)播臺300W地面數(shù)字電視DS-16頻道（498MHz）節(jié)目有嚴重馬賽克現(xiàn)象，該臺站使用的是成都德芯DUT-8322發(fā)射機。到現(xiàn)場搶修發(fā)現(xiàn)，該發(fā)射機功率在323W左右，屬于正常范圍，在臺站收看節(jié)目馬賽克同樣嚴重且伴隨卡頓現(xiàn)象，通過面板查看整機檢測數(shù)據(jù)如圖1所示，射頻左右?guī)Ъ绾蚆ER都偏低。

圖1 預(yù)校正前整機檢測數(shù)據(jù)

在地面數(shù)字電視系統(tǒng)中，帶肩比是其中一個重要指標，用于衡量功率放大器的線性度。帶肩是指數(shù)字電視信號經(jīng)過功率放大器后，在該頻道外產(chǎn)生的近似連續(xù)頻譜的互調(diào)產(chǎn)物，呈“肩部”狀，稱為帶肩。我國地面數(shù)字電視每個頻道帶寬為8MHz，其帶肩比就是信號頻率中心的功率與偏離頻率中心±4.2MHz處的功率比值。需要注意的是，在DTMB發(fā)射系統(tǒng)中，激勵器和發(fā)射機的帶肩比的指標規(guī)定是不同的，激勵器帶肩比要求≤-48dBc，發(fā)射機帶肩比要求≤-36dBc。一般來說，功率放大器線性度越好帶肩比越高。但通常為了提高功放的效率，不顧及功放的線性度，從而造成信號失真，引起頻帶內(nèi)外信號相互干擾，頻譜被改變，帶肩比指標變差。

MER也是地面數(shù)字電視的重要指標，它和基帶信號的信噪比（S/N）有點類似。在DTMB發(fā)射系統(tǒng)中，MER要求≥32dB。MER越大，說明調(diào)制系統(tǒng)越好；MER越小，說明信號傳輸質(zhì)量越差，會出現(xiàn)卡頓或馬賽克現(xiàn)象，嚴重時可能會出現(xiàn)黑屏現(xiàn)象。

分析收看數(shù)字電視節(jié)目有馬賽克現(xiàn)象的原因，可能是功率放大器功率過大導(dǎo)致非線性失真引起的，也可能是沒有對激勵器進行預(yù)校正操作引起的。首先，通過功率回退方式降低發(fā)射功率，但并未改善接收效果，可見不是功率過大的原因。其次，嘗試通過預(yù)校正方式看是否能改善帶肩比和MER等指標，并解決此故障。以下為預(yù)校正的具體操作步驟。

首先，在發(fā)射機主控單元面板中，將射頻切換單元設(shè)置在手動狀態(tài)，避免在預(yù)校正過程中主備激勵器自動切換，影響預(yù)校正操作。然后，手動選擇要進行預(yù)校正的激勵器（主或備激勵器），并依次按以下步驟對激勵器進行操作：1.打開激勵器主菜單，進入“輸出設(shè)置”選項；2.選擇“數(shù)字預(yù)失真”；3.進入“非線性預(yù)失真”；4.選擇“打開”預(yù)失真，進入預(yù)失真操作；5.在預(yù)失真操作下選擇“更新”；6.開始預(yù)失真校正；7.預(yù)失真校正成功；8.得出最優(yōu)帶肩數(shù)據(jù)；9.保存激勵器參數(shù)，選擇“是”進行保存。

如圖1所示，預(yù)校正以前，射頻左右?guī)Ъ绶謩e為31.2dB和29.0dB,換算成帶肩比就是-31.2dBc和-29.0dBc，可見左右?guī)Ъ绫染?36dBc，且 MER為27.6dB≤32dB，指標不合格，信號質(zhì)量差，覆蓋效果不好，所以在當?shù)厥湛措娨暪?jié)目有馬賽克現(xiàn)象。預(yù)校正操作完成后，如圖2所示，可以看到左右?guī)Ъ鐬?1.1dB和50dB，即左右?guī)Ъ绫染?36dBc，MER為45.1dB≥32dB，所有指標均已經(jīng)達標，且改善明顯，實地收看該頻點的數(shù)字電視節(jié)目恢復(fù)正常。

圖2 預(yù)校正后整機檢測數(shù)據(jù)

五、結(jié)語

使用預(yù)校正功能，可以改善功率放大器的線性特性，在一定范圍內(nèi)，使其工作在恰到好處的放大狀態(tài)，并能有效提高其效率。也就是說，在同等輸入功率條件下，發(fā)射機可以輸出更高的功率，增強覆蓋效果?；蛘哒f，在滿足同等輸出功率條件下，可以適當降低發(fā)射機輸入功率，既可以減少代價，又能節(jié)約能源。另外，通過實例分析可知，在地面數(shù)字發(fā)射機的運行維護管理中，不僅要注意發(fā)射機的功率設(shè)置是否合適，還要注意帶肩比和MER等其他關(guān)鍵指標是否合格。