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探析當(dāng)前我國(guó)數(shù)字電視廣播的發(fā)射技術(shù)論文
概述
數(shù)字電視廣播技術(shù)是最近十幾年發(fā)展起來的高新技術(shù)。目前已經(jīng)成為包括我國(guó)在內(nèi)的全球信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。這一技術(shù)的發(fā)展,引發(fā)了廣播電視業(yè)界的一場(chǎng)技術(shù)革命。廣播電視從黑白電視、彩色電視時(shí)代,已經(jīng)正進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代。
我國(guó)數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的研制開始于1996年。在國(guó)家數(shù)字高清晰度電視研究開發(fā)協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組的領(lǐng)導(dǎo)下,我國(guó)HDTV功能樣機(jī)系統(tǒng)研究開發(fā)工程正式啟動(dòng)。
2000年6月開始,根據(jù)數(shù)字電視專項(xiàng)任務(wù),國(guó)家計(jì)委決定在北京、深圳、 上海建立數(shù)字電視實(shí)驗(yàn)區(qū),依托廣電總局標(biāo)準(zhǔn)所和信息部電子三所建設(shè)數(shù)字電視系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室、用戶端產(chǎn)品測(cè)試實(shí)驗(yàn)室,即“三臺(tái)二室”,為制定我國(guó)的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)、推進(jìn)數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提供開放式的實(shí)驗(yàn)基地。2001年3月,國(guó)家計(jì)委正式批準(zhǔn)了北京數(shù)字電視實(shí)驗(yàn)區(qū)的可行性報(bào)告,項(xiàng)目進(jìn)入實(shí)施階段。2002年根據(jù)具體情況決定是否使用2KW數(shù)字電視發(fā)射機(jī)。北京市數(shù)字電視實(shí)驗(yàn)區(qū)于2001年6月開始進(jìn)行國(guó)內(nèi)自行研制開發(fā)的各種數(shù)字電視地面廣播傳輸方案的試驗(yàn),并根據(jù)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)化專家委員會(huì)和測(cè)試組制定的測(cè)試方案,對(duì)各種報(bào)送方案進(jìn)行全面測(cè)試。為制定我國(guó)的數(shù)字電視地面廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn),提供科學(xué)依據(jù)。
1.數(shù)字移動(dòng)電視發(fā)射機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)
早期的數(shù)字電視發(fā)射機(jī)是用外接COFDM 或8-VSB 激勵(lì)器簡(jiǎn)單取代模擬Vision/Sound 激勵(lì)器,用射頻波段濾波器取代射頻輸出濾波器和Vision/Sound雙工器。 但是近來, 一些大的電視發(fā)射機(jī)制造商卻以全新的理念和技術(shù)來設(shè)計(jì)生產(chǎn)新一代數(shù)字電視發(fā)射機(jī), 縱觀主要有以下特點(diǎn):
1.1數(shù)字自適應(yīng)預(yù)校正技術(shù)(DAP 或RTAC)
數(shù)字自適應(yīng)預(yù)校正技術(shù)已經(jīng)在美國(guó)和歐洲的制造商生產(chǎn)的數(shù)字電視發(fā)射機(jī)上應(yīng)用。數(shù)字自適應(yīng)于校正技術(shù)是指在不需人工干預(yù)的情況下在剛剛啟動(dòng)發(fā)射機(jī)的幾分鐘內(nèi)將發(fā)射機(jī)的性能調(diào)到最佳狀態(tài),而且,這個(gè)系統(tǒng)還能夠監(jiān)測(cè)和自動(dòng)校正來自于發(fā)射機(jī)的老化、溫度和發(fā)射機(jī)自身失效等波動(dòng)的調(diào)整,這樣能夠保證發(fā)射出去的信號(hào)始終處于高指標(biāo)的狀態(tài),使維護(hù)變得非常簡(jiǎn)單。
1.2功放中廣泛應(yīng)用大功率LDMOS晶體管
LDMOS(Lateral Diffused MetaOx-ide Semiconductor)即:橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體。起初,LDMOS 技術(shù)是為900MHz 蜂窩電話技術(shù)開發(fā)的,蜂窩通信市場(chǎng)的不斷增長(zhǎng)保證了LDMOS 晶體管的應(yīng)用,也使得LDMOS 的技術(shù)不斷成熟,成本不斷降低,因此今后在多數(shù)情況下它將取代雙極型晶體管技術(shù)。
1.3 N+1系統(tǒng)使擁有多臺(tái)發(fā)射機(jī)的臺(tái)站更經(jīng)濟(jì)
N+1 是指用1 部發(fā)射機(jī)給多部(N部)做備份。本來固態(tài)發(fā)射機(jī)是用像放大器、電源等較不穩(wěn)定設(shè)備冗余累積起來的,模塊化的激勵(lì)器又一般采用雙激勵(lì)器自動(dòng)倒換的形式,設(shè)備運(yùn)行的可靠性明顯提高。在通常情況下,也不用像電子管、速調(diào)管發(fā)射機(jī)那樣進(jìn)行備份。因?yàn)槿虘B(tài)的數(shù)字電視發(fā)射機(jī)所應(yīng)用的積木化的功放和并行運(yùn)行的電源等都足以實(shí)現(xiàn)N+1 系統(tǒng),而且大多支持熱插拔。
1.4冷卻系統(tǒng)采用風(fēng)、液冷供選擇的方式
為了滿足不同客戶對(duì)冷卻系統(tǒng)的需求,發(fā)射機(jī)生產(chǎn)廠家開發(fā)了風(fēng)冷和液冷系統(tǒng),在客戶購機(jī)訂貨時(shí)可供用戶選擇適合自己的冷卻方式,改變了過去固態(tài)機(jī)中只有風(fēng)冷的單一方式。如THALES公司推出的VHF OPTIMUM和UHF ULTIMATE系列發(fā)射機(jī)就已采用此種技術(shù)。
1.5無線連接、GUI 界面、故障自我診斷和遠(yuǎn)程遙控
在新設(shè)計(jì)的數(shù)字電視發(fā)射機(jī)中,功率放大器、電源和RF合成器省去電纜而采用插、 拔的方式直接連接在一起。 這樣使整機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊、 維護(hù)更加方便。 微處理器的應(yīng)用,能夠監(jiān)控發(fā)射機(jī)的狀態(tài)和提供每個(gè)組件的有用信息。LCD的應(yīng)用提供了直觀友好的圖形用戶接口(GUI)使得用戶操作更加容易,用戶可以很直觀的察看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。先進(jìn)的故障自我診斷系統(tǒng)和DAP技術(shù)使得用戶容易查找故障部位,加快設(shè)備的維護(hù)、 維修進(jìn)度。 遠(yuǎn)程遙控功能使得用戶可通過因特網(wǎng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。
2.數(shù)字移動(dòng)電視發(fā)射機(jī)的主要部件及關(guān)鍵技術(shù)
數(shù)字電視發(fā)射機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速,發(fā)射機(jī)的主要部件及關(guān)鍵技術(shù)主要包括如下:
2.1激勵(lì)器
數(shù)字自適應(yīng)預(yù)校正技術(shù)。對(duì)于數(shù)字發(fā)射機(jī)來說,性勵(lì)器主要包括音視頻處理、調(diào)制、本振、變頻和RF 小功率放大器,它是電視發(fā)射機(jī)的核心,決定了整機(jī)的性能和質(zhì)量,其中的校正電路、調(diào)制器和濾波器是關(guān)鍵。其主要技術(shù)指標(biāo)如下:2.1.1激勵(lì)器主要用于音、視頻編碼和數(shù)字預(yù)校正,發(fā)射機(jī)的絕大部分技術(shù)指標(biāo)由激勵(lì)器決定。
2.1.2對(duì)于DVB-T 系統(tǒng):視頻信號(hào)采用MPEG-2 壓縮編碼;音頻信號(hào)采用MPEG-2 Layerê第二層音頻編碼,也稱MUSICAM,該音頻的編碼壓縮系統(tǒng)利用了聲音的低音頻譜掩蔽效應(yīng),對(duì)人耳不敏感的頻率進(jìn)行了低碼率編碼。
2.1.3對(duì)于ATSC 系統(tǒng):信源編碼中的視頻采用MPEG-2 標(biāo)準(zhǔn);音頻采用杜比AC-3 環(huán)繞立體聲編碼。能優(yōu)良的中頻非線性預(yù)校正電路將極大地改善采用AB 類功放的發(fā)射機(jī)性能, 提高發(fā)射機(jī)效率, 目前大多采用前饋校正、折線校正、自適應(yīng)校正技術(shù)。數(shù)字自適應(yīng)預(yù)校正技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在美、歐制造商生產(chǎn)的數(shù)字電視發(fā)射機(jī)上,歐洲稱之為數(shù)字自適應(yīng)預(yù)校正技術(shù),美國(guó)稱之為自動(dòng)數(shù)字校正技術(shù)。數(shù)字自適應(yīng)校正是指在不需要人工干預(yù)的情況下,在剛啟動(dòng)發(fā)射機(jī)的幾分鐘內(nèi)將發(fā)射機(jī)的性能調(diào)到最佳狀態(tài), 而且系統(tǒng)能進(jìn)行發(fā)射機(jī)的老化、 自身失效等波動(dòng)的監(jiān)測(cè)和自動(dòng)調(diào)整,以保證發(fā)射機(jī)發(fā)出去的信號(hào)始終處于高指標(biāo)狀態(tài)。
2.2功率放大器
功率放大器決定了發(fā)射機(jī)的功率輸出能力,是發(fā)射機(jī)中成本最高的部分。由于地面信道的復(fù)雜性,多徑傳輸容易產(chǎn)生回聲,移動(dòng)接收容易產(chǎn)生多譜勒頻率漂移,所以發(fā)射機(jī)應(yīng)該具有好的線性、足夠高的頻率精度、頻率穩(wěn)定度和較低的相位噪聲,才能保證較低的誤碼率和較高的信噪比,才能滿足地面數(shù)字電視的要求。其主要技術(shù)指標(biāo)包括:
2.2.1功放模塊內(nèi)包括輸入電平監(jiān)測(cè)、前置級(jí)、 推動(dòng)級(jí)和放大輸出級(jí)。 末級(jí)放大器中由威爾可森濾波器組成功率合成器。功放電源在功放模塊內(nèi),智能化控制系統(tǒng)可保證良好的工作電平,防止電源故障發(fā)生。
2.2.2功率放大器使用LDMOS(橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體)技術(shù),效率高、線性好。與雙極型晶體管 5~7dB 的增益相比,LDMOS 管的增益更高,可達(dá)14dB以上。采用LDMOS 管的PA 模塊的增益可達(dá)60dB 左右,這表明對(duì)于相同的輸出功率需要的器件較少,從而提高了功放的可靠性。LDMOS 能經(jīng)受高于雙極型晶體管3 倍的駐波比,能在較高的反射功率下工作而不破壞LDMOS 設(shè)備。LDMOS 有較高的瞬時(shí)峰值功率,能承受輸入的過激勵(lì)信號(hào)。LDMOS 增益曲線較平滑,并且允許多載波數(shù)字信號(hào)放大且失真較小。LDMOS管有一個(gè)低且無變化的互調(diào)電平飽和區(qū),不像雙極型晶體管那樣互調(diào)電平高且隨功率電平的增加而變化,這種主要特性允許LDMOS 管用于高于雙極型晶體管二倍功率的電路,且線性較好。LDMOS具有較好的溫度特性, 其溫度系數(shù)是負(fù)的, 因此可以防止熱耗散的影響。
2.2.3功放模塊的頻率范圍寬。PA模塊頻率范圍為470~860MHz,對(duì)DVB-T 和ATSC 都適用。由于VHF 頻率偏低,脈沖噪波嚴(yán)重,對(duì)COFDM 系統(tǒng)不利,故DVB-T 頻段放在550~750MHz 上。
2.3冷卻系統(tǒng)
為了滿足不同客戶冷卻系統(tǒng)的需求,發(fā)射機(jī)生產(chǎn)廠商雖然開發(fā)了風(fēng)冷或液冷系統(tǒng),供用戶選擇適合自己的冷卻方式,但最好為液冷系統(tǒng)。主要是由于:
2.3.1由于空氣質(zhì)量較差,風(fēng)冷系統(tǒng)過濾材料中(下轉(zhuǎn)第177頁)(上接第374頁)容易沉積灰塵, 日常維護(hù)量大。 采用液冷系統(tǒng)減少了對(duì)冷卻系統(tǒng)的維護(hù)量,冷卻液封閉循環(huán),只需定期清洗系統(tǒng)中的濾網(wǎng)。
2.3.2降低了發(fā)射機(jī)的運(yùn)行噪聲。
2.3.3改善了發(fā)射機(jī)機(jī)房的環(huán)境。
2.3.4冷卻液無論是采用乙二醇加水還是采用防凍液, 其傳導(dǎo)效率都遠(yuǎn)大于風(fēng), 冷卻系統(tǒng)的進(jìn)水溫度與出水溫度僅相差幾度左右,發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的熱量被及時(shí)吸收釋放。
2.4電源
電源分為激勵(lì)器用電源和功放用電源。激勵(lì)器用電源一般含在激勵(lì)器機(jī)箱內(nèi)。功放用電源應(yīng)該具有共用性,從模擬電視發(fā)射機(jī)向數(shù)字電視發(fā)射機(jī)過渡時(shí),功放電源不用改變。
2.5監(jiān)控
發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是發(fā)射機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的保證。它包括對(duì)發(fā)射機(jī)各部分工作狀態(tài)和信號(hào)流程以至于主要性能指標(biāo)的測(cè)量,對(duì)開關(guān)機(jī)和主要故障處理的控制,對(duì)輸出功率電平的自動(dòng)控制等。監(jiān)控系統(tǒng)由傳感器、接口電路、微處理器和PC 機(jī)及相關(guān)軟件構(gòu)成。
在新設(shè)計(jì)的數(shù)字電視發(fā)射機(jī)中,功率放大器、電源和RF合成器省去電纜而用插拔的方式直接連接在一起,使整機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊,維護(hù)更加方便。微處理器的應(yīng)用,能夠監(jiān)控發(fā)射機(jī)的狀態(tài)和提供每個(gè)組件的有用信息。先進(jìn)的故障自我診斷系統(tǒng)使用戶容易查找故障部位, 降低維修難度。 遠(yuǎn)程遙控功能便于用戶通過Internet對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、打印、保管、存檔。
3.結(jié)束語
數(shù)字電視是人們談?wù)撟疃嗟臒狒[話題之一。移動(dòng)數(shù)字電視的大規(guī)模商用, 充分顯示出這一技術(shù)在產(chǎn)業(yè)化方面已經(jīng)成熟, 更顯示出了運(yùn)營(yíng)商對(duì)這一技術(shù)所帶來的巨大商機(jī)的認(rèn)可。在未來,無線數(shù)字發(fā)射技術(shù)對(duì)社會(huì)生活的影響無疑會(huì)是革命性的。
【參考文獻(xiàn)】
[1]趙永軍.數(shù)字電視發(fā)射機(jī)技術(shù).西部廣播電視.
[2]葉華杰.淺談數(shù)字電視發(fā)射機(jī)技術(shù)的發(fā)展.浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).
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