全固態(tài)模擬電視發(fā)射機(jī)數(shù)字化改造難點(diǎn)淺析

黃岳華

（珠海廣播電視發(fā)射臺(tái)，廣東 珠海 519000）

0 引 言

在珠海廣播電視發(fā)射臺(tái)已被淘汰停用的模擬電視發(fā)射機(jī)當(dāng)中，有多臺(tái)發(fā)射機(jī)的使用年限較少，而且工作狀態(tài)仍很穩(wěn)定。生產(chǎn)廠家進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，具有前瞻性地在發(fā)射機(jī)各系統(tǒng)不同程度地預(yù)留了數(shù)字化升級(jí)改造的空間。本文結(jié)合模擬電視發(fā)射機(jī)數(shù)字化升級(jí)改造項(xiàng)目，對(duì)數(shù)字化改造過(guò)程中的信號(hào)設(shè)置、線性及非線性調(diào)校、功率校正等問(wèn)題進(jìn)行逐一闡述。

電視節(jié)目播控中心將各數(shù)字電視節(jié)目信號(hào)根據(jù)所采用的廣播發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合編碼，編碼后的ASI節(jié)目流信號(hào)被傳送到發(fā)射機(jī)數(shù)字激勵(lì)器輸入端[1]。信號(hào)處理和放大過(guò)程如圖1所示。

圖1 地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)

1 模擬發(fā)射機(jī)數(shù)字化中的主要問(wèn)題

全固態(tài)模擬電視發(fā)射機(jī)主要由主控單元、配電控制單元、冷卻系統(tǒng)、激勵(lì)器、功率放大器以及無(wú)源組件（功率分配器、功率合成器、陷波式帶通濾波器）等組成。信號(hào)處理電路包括音頻和視頻中頻調(diào)制器、DG/DP校正、群時(shí)延校正、互調(diào)校正、上變頻調(diào)制、本振頻率鎖相控制以及末級(jí)功率放大等電路[2-3]。下面結(jié)合數(shù)字電視傳輸發(fā)射的特點(diǎn)對(duì)模擬電視發(fā)射機(jī)各組成部分?jǐn)?shù)字化升級(jí)的可行性進(jìn)行剖析。

1.1 管理系統(tǒng)的兼容性

最新一代模擬發(fā)射機(jī)的監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)從最初的人機(jī)對(duì)話模式，只能提供狀態(tài)數(shù)據(jù)查詢和故障信息顯示，到后來(lái)通過(guò)升級(jí)更新軟、硬件，增加信息處理模塊，提供兼容的對(duì)外通信端口，基本實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程/本地“遙測(cè)、遙控”操作功能。通過(guò)升級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)管理軟件，完善數(shù)據(jù)總線的管理功能，增加智能化的管理模式，支持發(fā)射機(jī)多種工作模式轉(zhuǎn)換，整機(jī)管理系統(tǒng)則基本適應(yīng)數(shù)字電視多制式標(biāo)準(zhǔn)管理的要求[4]。

1.2 激勵(lì)器的兼容性

激勵(lì)器改造是數(shù)字化升級(jí)的重中之重?，F(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）編碼調(diào)制器在更多環(huán)節(jié)上為激勵(lì)器模擬信號(hào)的數(shù)字化處理提供了理想平臺(tái)，模擬激勵(lì)器在此基礎(chǔ)上再引入A/D模數(shù)輸入轉(zhuǎn)換通道后，模擬信號(hào)可編碼成基帶形式，使微分增益和微分相位失真（DG/DP）、群時(shí)延、互調(diào)校正等均可以數(shù)碼形式處理[5]。生產(chǎn)廠商若在設(shè)計(jì)上具有前瞻性地提前預(yù)置數(shù)字信號(hào)處理的專用電路，如實(shí)時(shí)自適應(yīng)校正電路、信道編碼系統(tǒng)等，則升級(jí)后即為校完整的數(shù)字激勵(lì)器系統(tǒng)。

1.3 電源模塊的獨(dú)立性

全固態(tài)模擬發(fā)射機(jī)的工作電源已實(shí)現(xiàn)低壓化、模塊化，各環(huán)節(jié)的電源管理越來(lái)越獨(dú)立。智能化的管理系統(tǒng)將電源狀態(tài)參數(shù)、報(bào)警信息、保護(hù)控制信息、功率控制信息通過(guò)通用的通信端口，經(jīng)數(shù)據(jù)總線上傳至整機(jī)控制系統(tǒng)，方便遠(yuǎn)程/本地模式下對(duì)模塊遙控、遙測(cè)電源工作及數(shù)據(jù)[6]。為功率放大模塊提供一對(duì)一的服務(wù)模式，也正符合數(shù)字電視發(fā)射機(jī)數(shù)字化所需條件。

1.4 功率輸出通道的差異

模擬電視信號(hào)頻譜具有帶外離散性，發(fā)射覆蓋時(shí)，輻射能量主要集中在音、視頻載波和色副載波三個(gè)主要點(diǎn)上，而數(shù)字電視信號(hào)的發(fā)射頻譜是連續(xù)的，輻射能量是均衡的。原模擬發(fā)射使用的殘留邊帶陷波式輸出濾波器不能留用，輸出濾波器需更換為橢圓函數(shù)帶通濾波器并按發(fā)射頻率進(jìn)行調(diào)試，鄰頻道功率比（ACPR）性能達(dá)標(biāo)方能使用，此為發(fā)射機(jī)輸出部分?jǐn)?shù)字化改造的重點(diǎn)。

2 哈里斯UAX電視發(fā)射機(jī)的功能與優(yōu)點(diǎn)

發(fā)射機(jī)主要由低功率單元LPU（包含激勵(lì)器、系統(tǒng)控制和基本放大器）及末級(jí)功率放大器組兩大部分構(gòu)成。發(fā)射機(jī)激勵(lì)器可以工作在數(shù)字或模擬模式，具有多路數(shù)字信號(hào)輸入選擇和多路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入選擇。在數(shù)字模式下，采用FPGA編碼調(diào)制系統(tǒng)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼、校正、調(diào)制等處理，提前并獨(dú)立預(yù)置了數(shù)字線性與非線性預(yù)校正實(shí)時(shí)自適應(yīng)校正（RTAC）電路。通過(guò)調(diào)制軟件升級(jí)，并從數(shù)字端口輸入節(jié)目數(shù)字信號(hào)，即可升級(jí)為完整的數(shù)字激勵(lì)器。功率放大模塊使用了具有LDMOS工藝技術(shù)的RF功率放大晶體管MRF6VP3450H，該功率放大管增益高，具有高瞬時(shí)峰值功率和較平滑的放大特性曲線，放大多載波數(shù)字射頻信號(hào)時(shí)失真較小。電源管理方面，應(yīng)用power smart技術(shù)對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行智能化管理，改善了放大電路的功耗，提高了電源系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

3 發(fā)射機(jī)數(shù)字化升級(jí)改造

數(shù)字化升級(jí)工作主要包括硬件和軟件兩方面的改造。下面以DS44單頻網(wǎng)的改造為例進(jìn)行分析。

3.1 硬件方面的改造

風(fēng)冷系統(tǒng)為全固態(tài)設(shè)計(jì)，已經(jīng)分散到各環(huán)節(jié)進(jìn)行獨(dú)立管理和工作，因而可以全部留用。激勵(lì)器、功放箱等硬件基于哈里斯發(fā)射機(jī)在信號(hào)處理、放大器特性等方面的兼容性也無(wú)需變動(dòng)，只需增加多節(jié)目信號(hào)源切換中心輸出到所改造發(fā)射機(jī)的ASI輸入信號(hào)連線，更換輸出濾波器，增加RTAC射頻取樣點(diǎn)，調(diào)整正反向功率耦合比。其中，對(duì)于帶通式輸出濾波器，要求廠家按DS44頻道地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)提前調(diào)校完成并現(xiàn)場(chǎng)安裝。 DS44為單頻網(wǎng)發(fā)射廣播，需配備接入GPS同步信號(hào)（10 MHz、1 pps信號(hào)）?？稍诎l(fā)射機(jī)端口接入或在多節(jié)目信道編碼中心加入。下面重點(diǎn)介紹軟件改造方面的工作。

3.2 軟件升級(jí)

通過(guò)LPU前部RJ-45以太網(wǎng)接口將計(jì)算機(jī)連接到發(fā)射機(jī)，登錄原模擬發(fā)射機(jī)主頁(yè)并導(dǎo)入升級(jí)軟件。軟件升級(jí)后，在新的管理界面進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置。主界面選軟鍵“Service”進(jìn)入并進(jìn)行發(fā)射頻道名稱、發(fā)射機(jī)類型、系統(tǒng)時(shí)間、功率輸出管理等設(shè)置，包括設(shè)置標(biāo)稱功率（Nominal Power Output）、額定功率（Max Fwd Power）以及正向功率閥值（Fwd Pwr Thrshld）（輸出功率低于此值時(shí)系統(tǒng)認(rèn)為欠功率，功率顯示條為黃色）等。

3.3 DTMB及RTAC設(shè)置

主界面軟鍵“Exciter”→“DTMB Modulator”進(jìn)行輸入選擇（主輸入為ASI1）、發(fā)射網(wǎng)絡(luò)選擇（選單頻網(wǎng)SFN）以及DTMB調(diào)制參數(shù)選擇等設(shè)置。按照中央地面數(shù)字電視節(jié)目提供的信道編碼模式對(duì)輸出帶寬、載波類型（選Multi即為選擇COFDM多載波調(diào)制）、保護(hù)間隔（Guard Interval）、子載波調(diào)制方式（Constellation）、LDPC Rate、時(shí)間交織器（Time interleaver）等主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)Bit rate Adaptation選Disable，因?yàn)閱晤l網(wǎng)時(shí)需禁用，其他參數(shù)按相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)置。另外，在RTAC設(shè)置界面中（軟鍵綠色高亮即為選中），Linear（線性）選Stored（存儲(chǔ)），Nonlinear（非線性）選Adapt（自適應(yīng)）。著重說(shuō)明一下RTAC Setup，Linear選Stored而Nonlinear選Adapt是針對(duì)發(fā)射機(jī)需要長(zhǎng)期工作，線性校正選擇Stored的優(yōu)點(diǎn)在于能夠提高處理器工作效率，避免長(zhǎng)期處于校正運(yùn)算狀態(tài)，耗費(fèi)系統(tǒng)資源。保存校正設(shè)置的步驟為：保證發(fā)射機(jī)在100%功率上正常工作，線性及非線性校正器處于自適應(yīng)狀態(tài)，經(jīng)過(guò)短時(shí)間工作后，顯示一次或多次校正成功，按Hold鍵使自適應(yīng)過(guò)程處于穩(wěn)定，然后選Save鍵儲(chǔ)存狀態(tài)數(shù)據(jù)，供“stored”模式調(diào)用。線性校正是調(diào)用儲(chǔ)存數(shù)據(jù)模式，界面中不顯示校正成功次數(shù)，而非線性是實(shí)時(shí)校正，故顯示校正成功次數(shù)。

3.4 功率校正

最后一項(xiàng)重要工作是輸出功率校正。校正的意義首先是模擬與數(shù)字輸出功率的定義不同，模擬電視輸出功率定義是同步頂功率，而數(shù)字電視是平均功率；其次是因?yàn)槟承┓糯竽K需調(diào)整放大器靜態(tài)偏置，選擇線性放大區(qū)域以適應(yīng)數(shù)字射頻放大對(duì)線性的要求。更重要的一點(diǎn)是，數(shù)字電視發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)需要末級(jí)放大器在不同功率點(diǎn)的多個(gè)工作狀態(tài)參數(shù)作為參考基準(zhǔn)保存，來(lái)管理和隨時(shí)調(diào)整末級(jí)放大器的工作。具體方法是：發(fā)射機(jī)連接標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載，配備功率計(jì)顯示功率（平均功率值），調(diào)節(jié)功率，由0到額定值之間選擇多個(gè)功率點(diǎn)，觀察發(fā)射機(jī)與功率計(jì)顯示的功率數(shù)值，調(diào)整系統(tǒng)校正電路使兩者相符。

至此，數(shù)字化升級(jí)工作全部完成，經(jīng)測(cè)試，各指標(biāo)均合乎要求，其中主要技術(shù)指標(biāo)帶肩比≤-36 dB。

5 結(jié) 語(yǔ)

在進(jìn)入數(shù)字時(shí)代的廣播電視發(fā)射業(yè)務(wù)中，對(duì)節(jié)目?jī)?nèi)容的各種復(fù)用、解碼，多種形式的安全播出監(jiān)控，均需投入大量資金、設(shè)備，經(jīng)費(fèi)缺口極大，由此更突出了數(shù)字化升級(jí)改造的重要性。通過(guò)本升級(jí)項(xiàng)目的介紹，期望相關(guān)人員對(duì)地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)能夠更加了解，對(duì)數(shù)字化升級(jí)技術(shù)理解更加透徹，能夠在節(jié)省資源、充分利用國(guó)有資產(chǎn)方面成就更突出。