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數字發射機相關技術和發展動態
雙擊自動滾屏 發布者:xgboys 發布時間:2009/1/9 10:41:41 閱讀:124418次 【字體:

2000年初,歐洲各國正式啟動地面數字電視(DVB-T)廣播,各主要發射機廠家紛紛推出新一代發射機,如:美國HARRIS公司的AtlasTM系列數字發射機、日本NEC公司的VersatileⅡ DTU-31系列數字發射機、德國R—S公司的NH/NV7000系列發射機等。

隨著我國的數字地面廣播標準出臺,在上述主流數字發射機的基礎上選用適用于我國標準的編碼器,即可產生適用于我國的數字發射機。因此,了解和掌握當今主流數字發射機的發展動態和相關技術就顯得十分重要。

新型的數字發射機與目前主流的全固態模擬發射機相比,激勵器、功放模塊(PA)和功放電源(PS)等繼續采用了冗余結構和模塊化設計思路。然而數字發射機的整機結構更緊湊和簡化,數字發射機呈現以下技術特點:
·功率放大器(PA)采用了先進的LDMOS管放大技術;
·發射機的冷卻系統采用液冷方式;
·功放模塊(PA)的頻率范圍為寬帶470MHZ—860MHZ,覆蓋整個UHF Ⅳ/Ⅴ波段;
·頻率靈活,變化方便,能構建N+1運行模式,增加系統整體的可靠性;
·結構緊湊,占地小,單機柜在占地0.8m2(不含冷卻系統)左右的情況下,輸出的最大平均功率可達3.4KW左右;
·遙控接口豐富,有標準的并行I/O口,也有RS-232C或RS-485串行口,還有選用的 WEB TCP/IP網絡接口等;

下面就以上技術特點加以介紹。

一、數字發射機采用的關鍵技術

1、LDMOS管放大技術


LDMOS(Lateral Diffused Metal Oxide Semiconductor)即:橫向擴散金屬氧化物半導體,該管與目前全固態模擬發射機廣泛采用的雙極性管和MOS場效應管相比具有增益高、線性好的特點。

由于地面信道的復雜性,多徑傳輸容易產生回聲;移動接收容易產生多譜勒頻率漂移,所以發射機有好的線性、有足夠高的頻率精度和頻率穩定度、較低的相位噪聲,才能保證有較低的誤碼率和信噪比,才能滿足地面數字電視的要求。

目前市場上LDMOS管的主要生產商是愛立信和飛利浦公司,LDMOS管的增益可達14db以上,采用LDMOS管的PA模塊的增益可達60db左右。對模擬信號來說,當PA模塊的輸入信號為2mw時,采用LDMOS管的PA輸出同步頂峰值功率在2kw左右,目前采用雙極性管和MOS場效應管的全固態模擬發射機的PA輸出同步頂峰值功率在1kw左右;對DVB信號來說,當PA的輸入信號為0.4mw時,采用LDMOS管的PA輸出的平均功率為440w左右。

顯然,LDMOS管增益高,可以在保證PA模塊同等增益的條件下,可減小PA模塊的體積;換句話說,在PA模塊體積一定的情況下,可提供更大的增益,使發射機結構更緊湊、體積更小。采用LDMOS管后,發射機體積在H×D×W(mm):1900×1000×700左右的單機柜中,對模擬方式,同步頂峰值功率可達10KW;對DVB方式,平均功率可達3.4KW左右,對ATSC方式,平均功率可達4.1KW左右。

2、冷卻系統采用液冷方式

南京電視臺從97年起,三個頻道的發射機都采用當今主流的全固態模擬發射機(HARRIS一臺、NEC兩臺),經過幾年來的維護和使用,深感冷卻系統采用風冷方式,容易受外界環境的影響、風機的高低頻噪聲較大、過濾材料中容易沉積灰塵,日常對風冷系統的維護量大。
采用液冷冷卻方式具有以下好處:
a)無須另設風機房,節省機房面積。
b)降低了發射機的運行噪聲。
c)凈化了發射機房的環境。
d)減少了對冷卻系統的維護量。冷卻液封閉循環,只需定期清洗系統中的濾網。
e)冷卻效率高。冷卻液無論是采用glycol(乙二醇)加水還是防凍液,其熱傳導效率都遠大于風,冷卻系統的進水溫度與出水溫度相差幾度左右,使發射機產生的熱量能被及時吸收釋放掉。

液冷系統為增加可靠性一般都采用兩個水泵并聯或串聯方式工作,另外有冷卻液進出口溫度檢測、流量檢測、熱交換機以及主備兩個風扇等。

3、數字激勵器

激勵器的技術水平是發射機的關鍵部分,決定了整機的性能和質量,其中的校正電路、調制器和濾波器是關鍵。

現流行全固態模擬發射機,在激勵器單元對視頻信號和音頻信號分別進行中頻調制、變頻調制后,經過功率放大級對圖像和伴音分別放大,再通過V/A合成器將圖像和伴音混合成射頻信號,激勵器環節多,電路復雜。另外,由于受到器件頻率響應的制約,要在激勵器對后級放大回路造成的失真進行補償,一般需要基帶預校正、中頻預校正兩級校正。

對于數字發射機,發射機的輸入信號是將視頻信號和音頻信號按MPEG標準進行編碼壓縮、并與其他數據信息復用打包后的MPEG數據傳輸流(TS流)。數字激勵器的電路簡化,基本上包括編碼器(DVB-T方式或ATSC方式)、數字預校正、調制器幾個主要部分和有關控制電路;對于單頻網(SFN)模式,還需 SFN模塊和GPS接收器。

以R-S公司NH/NV7000型數字發射機的SX700激勵器為例,采用數字校正,使得激勵器電路簡化,無需中頻調制器和混頻器、PLL電路、聲表面波濾波器及頻率響應器件。結構簡化。

數字發射機的功率放大器通常也采用AB類線性放大,需要經過預校正電路給予補償,改善放大器的線性。數字預校正的最大優點是參數設置的再生率好,根據設備廠商提供的資料,設置參數的再生率可達100%。

4、N+1運行模式

N+1運行模式在全固態調頻發射機系統中被廣泛采用,而模擬電視發射機由于在功率放大級受器件頻率限制以及采用環行器限制頻道等原因,基本上采用主備機切換的運行模式;而數字發射機整機可覆蓋整個Ⅳ/Ⅴ波段,為采用N+1運行模式提供了條件。采用N+1運行模式的優點是對于多頻道多發射機播出的電視臺來說,可減少備機的數量,降低設備投入,同時保證了系統的可靠性。

N+1運行模式的特點:
·頻率靈活,頻率變化方便,覆蓋整個Ⅳ/Ⅴ波段,可根據需要由設置頻道;
·在構建的N+1系統中,在多部發射機運行時, 通過N+1控制,每個發射機運行在不同的頻道,有一部發射機時刻處于備份狀態,當有發射機出現故障后,備份的發射機立即變換頻率到適當的頻道,保證連續播出;
·可由發射機控制器選擇或選用N+1控制器選擇,本地或遙控均可實現;

由于數字發射機的激勵器調制部分、PA功放模塊,功分器/合成器,混合器(MIXER)等部件適應IV/V波段全寬帶頻率范圍,更換頻道無需調整;而且激勵器中的數字預校正器具有自動重新調整功能,在N+1系統中進行發射機的頻道設置,只需設置輸出濾波器即可。

二、數字發射機的性能簡介

1、整機特性
1)DVB-T發射機整機輸出功率(平均功率)可調;
2)兩個激勵器加激勵器自動切換器占19”機架7U高,每個激勵器有獨立的電源;
3)單機柜最大輸出功率為:DVB-T發射機3.4KW、ATSC發射機4.1KW; DVB-T和ATSC發射機所需的帶通濾波器安置在發射機機柜外;
4)接口(VF、AF、TS;遙控接口等)均在機柜頂部;

2、遵循的規范
1)DVB-T模式
編碼和調制遵循EN300 744標準
IFFT模式: 2K 和8K
有效符號持續時間:224μs(2k)或896μs(8k)
調制方式:QPSK,16QAM或64QAM
保護間隔:1/4,1/8,1/16或1/32有效符號持續時間
內碼率: 1/2,2/3,3/4,5/6或7/8
分層編碼:可選
2)ATSC模式
遵循Doc.A53/1995標準
調制方式: 8VSB
符號率: 10.76MHZ
速率: 19.39MHZ
Trellis 編碼:2/3
糾錯編碼(Reed-Solomon):207/187/10

3、激勵器
激勵器包括:對DVB-T/ATSC編碼器、數字預校正、調制器、合成器、控制器、控制單元、主板、電源;NICAM模塊和GPS模塊可選;激勵器的參考頻率可從內置的GPS接收器中獲得,也可從外接模塊中獲得;主板中的應急控制電路可應付發射機在故障下的運行;

1)DVB-T模式
DVB-T編碼器集成在一模塊中,有4個物理的ASI接口,成對使用;編碼器可自動設置編碼方式,為分層調制作準備;對非分層編碼兩條通路可選做主備通路;編碼器能用于多頻網和單頻網;對單頻網有一個GPS接收器。

2)ATSC模式
ATSC編碼器包含數據隨機發生器、糾錯編碼器 、數據內插、TRELLIS編碼器、復用和導頻插入;頻道編碼和調制符合ATSC-A53;

3)均衡器、預校正器
所有版本的編碼器采用12BIT將數字同相和正交信號轉換到數字預校正器 ,預校正器分為兩個部分:(一)、群時延均衡器補償由功率濾波器或圖象伴音雙工器產生的群時延;(二)、線性預校正器校正信號幅度和相位的相互干擾;

由于預校正是數字的,設置參數再生精確可達100%。

4、功放模塊(PA)VH602
1)采用LDMOS技術,提供440W的DVB功率或2KW的同步頂峰值功率;
2)帶寬從470MHZ--650MHZ或650MHZ--860MHZ;
3)PA模塊由預驅動級(內有輸入信號電平檢測)、電平和相位控制器、AB類驅動器和8個AB類末級放大組成;末級放大級采用延緩感光制造技術,由威爾可森濾波器組成功率合成器,總增益達63db;
4)PA內部的保護電路有:防反射、過溫等;在正常允許條件下,在環境溫度是25度時,PA晶體管的接頭溫度是120度;
5)功放電源(PS)做在功放模塊(PA)內部;

5、冷卻系統

采用外接液冷系統,冷卻液采用防凍液。每個機柜有一套冷卻裝置,包括兩個串行運行的泵(全備份)、控制單元和混合器;冷卻器在機外,有兩個風扇主備交替使用;為確保理想的運行溫度低于-30℃,每個泵裝有一個3路混合器用于檢測實時的入口溫度。

6、接口類型

1)信號輸入接口:對DVB-T:2×ASI(成對,用于分層調制)
對ATSC: 2×SMPTE-310(BNC,75歐)
2)通訊接口: RS-232C PC機操作發射機運行(GUI方式),在機柜前面;
RS-485 遙控接口 ,在機柜頂部;
RS-232C 遙控接口 ,在機柜頂部;
可選接口 并行遙控接口;
SNMP接口或TCP/IP WEB服務器
有WINDOWS環境的PC控制軟件;

三、國內北京廣播電視器材廠數字發射機動態

我國數字電視發射機的研制開始于1996年,在國家數字高清晰度電視研究開發協調領導小組的領導下,我國HDTV功能樣機系統研究開發工程正式啟動,該工程由國家HDTV總體組(TEEG)組織實施。項目分九個子課題,北京廣播器材廠在發射機專題中標,是九個課題組中唯一的中標企業單位。經過近兩年時間的努力,我國第一臺單電子管數字電視發射機研制成功,發射機輸出射頻平均功率50W。1998年9月中旬,發射機與項目其他專題一起,在北京中央廣播電視塔成功進行了我國第一套、世界第四套HDTV功能樣機系統的開路演示。

1999年,北京廣播器材廠作為HDTV總體組的課題單位,為國家計委批復的數字電視專項一期工程研制了兩臺1KW、一臺2KW單電子管數字電視發射機。重點是在國慶五十周年進行數字高清晰度電視現場轉播試驗。同年,北京廣播器材廠利用北京市的財政支持,啟動了廠內的《數字化固態廣播電視發送設備產品化開發及小批量生產技術改造》項目,研制成功1KW全固態數字電視發射機。2000年11月,1KW單電子管和1KW全固態數字電視發射機通過了北京市的技術鑒定。

2000年6月開始,根據數字電視專項任務,國家計委決定在北京、深圳、上海建立數字電視實驗區,依托廣電總局標準所和信息部電子三所建設數字電視系統測試實驗室、用戶端產品測試實驗室,即“三臺二室”,為制訂我國的數字電視標準、推進數字電視產業化進程提供開放式的實驗基地。北京廣播器材廠將為北京市數字電視實驗區項目研制2KW全固態和3~5KW單電子管數字電視發射機。2001年3月,國家計委正式批準了北京數字電視實驗區的可行性報告,項目進入實施階段。北京實驗區先期將用北京廣播器材廠研制的1KW全固態數字電視發射機在中央廣播電視塔發送供試驗、測試用的數字電視信號。

國產數字電視發射機的研制的幾個重點:

發射機的中頻預校正。性能優良的中頻非線性預校正電路將極大地改善采用AB類功放的發射機性能,提高發射機的效率。這對全固態發射機尤為重要。目前國外采用較多的是多點折線式校正技術、前饋校正技術、全數字實時預校正技術。北京廣播器材廠研制的數字電視發射機目前采用的是沿用模擬電視的折線式校正電路。實際應用結果表明,對單電子管發射機,這種校正電路的校正量基本滿足要求;而對全固態發射機,由于固態AB類功放的線性動態范圍不如電子管,要求有更大的校正量,因此,校正效果不太理想。下一步的研制重點將是吸收國外先進技術,開發新一代的適合全固態數字電視發射機的中頻非線性預校正電路,如全數字實時預校正,使國產數字電視發射機技術邁上新臺階。

研制數字電視發射機的另一個重點是高Q值、低插損的大功率帶通濾波器。北京廣播器材廠在引進進口樣件的基礎上,正著手進行國產化開發。

符合我國未來數字電視制式的信道編碼與調制器是國產數字電視發射機的核心技術所在,也是數字電視技術產業化的重要內容之一。北京廣播器材廠已經開始與國家 HDTV總體組合作,通過研制國外標準的信道編碼與調制器,掌握相關技術,為將來研制符合我國數字電視標準的數字調制器作技術準備。

 
 

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