模拟发射机与数字发射机的改造

模拟发射机与数字发射机有区别，如何适应模拟发射机逐步向数字发射机转变有现实意义。模拟电视发射机过渡到数字电视发射机，其激励器要更换，其它部分，包括功放、RF输出单元、天线和冷却系统基本都可以共用。下面进一步讨论模拟发射机如何向数字化改造。44CH发射机是双通道模拟电视发射机，44CH发射机框图可见图3.6。发射机采用双激励器单机播出方式，风冷冷却。以44CH为例，说明改造的设计。1、改双通道为单通道（1）去掉双工器合成部分。双通道下，图像射频和伴音射频合成需要双工器。变成单通道以后，双工器不起作用，可以拆除。（2）激励器部分的改变。在原激励器后面加装合成器，互调矫正电路，可以使信号在进入功率放大器之前有效合成。（3）调整功率放大器参数。保留图像功率放大器，舍弃伴音功率放大器。图像功率放大器和伴音功率放大器的比值一般为10:1。图像功放有更高更好的放大性能，线性值。使用图像功放，调整功放内部静态电流、LDMOSFET管的放大电流值、调整各点电压，使功放达到所需要的放大功率值。（4）调整其他各部分的参数适应单通道发射机。调整整机功率，天线功率，调整监视界面，调整风机系统。2、改单通道模拟发射机为数字发射机（1）信号的数字化。采用数字编码器使信号数字化。（2）激励器的数字化。另一个激励器更换为数字激励器。（3）功率放大器性能调整。调整功率放大器内部静态电流、LDMOSFET管的放大电流值、调整各点电压，使功放达到所需要的放大功率值。（4）其它部分调整参数适应数字发射机。原来的模拟滤波器更换为带通滤波器，对监视部分的数字化改造，对冷却部分的改造。其中，最为重要的激励器的改变。下面就中央塔对激励器部分实际改造进行详细说明。考虑各方面因素，中央塔决定将继续使用44CH双激励器中的一部，更换另一部为数模同播激励器，R&S公司Slx800激励器。它可满足地面数字电视标准DVB-T，ET300744以及大家熟知的PAL，SECAM和NTSC等各种标准，该系列设备兼容IRT或者NICAM立体声，并可实现美国数字电视标准。激励器Slx800可对模拟、数字视频和音频信号进行一系列处理，转化成RF信号输出。它可工作在III，IV，V波段波段，并支持图像声音信号共同放大或分开放大两种工作模式。既可将激励器设为产生分离的视频和音频RF信号，也可设为单通道信号。如果产生单通道信号，音频RF信号不起作用，视、音频信号被数字化后加到预校正模块，在视频通道中作为公共信号输出，两种模式之间的转换只能在带有双通道模式激励器Slx800中进行，单通道模式的激励器被工厂设定为单通道，不能分离输出伴音副载波。Slx800激励器主要由下列模块构成：高级电视（ATV）编码器，ATV/DVB均衡器，ATV/DVB调制器和ATV/DVB合成器，这些模块通过一个开关电源供电。激励器框图如下6.1所示。ATV编码器ATV/DVB均衡器ATV/DVB调制器ATV/DVB合成器视频1服务器时钟立体声音频2音频1闪存视频2IQ视频IQ音频数字基带IQ视频IQ音频模拟基带RF音频RF视频本地控制GPS天线参考值外接口显示单元中心控制单元（CCU）电源CCURS-232遥控RS-485遥控TTL总线到串行接口控制总线到激励器、开关、低通RS-232RS-4856.1Slx800激励器框图6.1信号输入1、视频输入。视频信号标称输入幅度有两种，0.7V(P-P)75欧和1V（P-P）75欧。两路输入视频信号VF1和VF2具有同等优先权，可在中央控制单元的工控微机操作下进行选择，两路输入均为AC偶合。当前被选中的信号能在中央控制单元的显示器下进行显示，视频输入信号容许的最大输入幅度和标称输入幅度之差为50%，若输入幅度过低，视频信号可能检测不出来或不能获得质量数据，如果输入信号过大，信号在A/D转换期间会被限幅，部分信号将会丢失，影响输出信号的质量。可以选择含有白条信号的测试行测量输入信号幅度。2、音频输入。音频信号可加到AF输入口，输入阻抗600欧。音频信号的频宽限制在15kHz，音频输入电平不高于标称输入电平4dB，输入信号电平过高，会在A/D转换器中被限幅。为了防止后续电路被大信号过激励，信号通过矩阵并加上导频后，应限制在一个容许值之内。6.2ATV/DTV编码器ATV/DTV编码器支持不同的视、音频制式。编码器还包含一个微处理器，它能驱动整个激励器，并与CCU进行通信。1、“模拟视频信号编码”接收并数字化一个模拟视频信号。这个数字信号按照选定的制式处理后，经HILBERT变换，成为2个正交基带信号，数字化的视频基带信号送到预校正器，在此过程中，同时形成信号的残留边带特性，视频信号采用标准的MPEG-2进行压缩编码，编码器可自动设置编码方式，为分层调制做准备，对非分层编码的两条通道可选做主备通道。2、“音频信号编码”模拟音频信号经数字化，按相同制式进行处理，得到的数据在一个或两个伴音副载频上进行频率调制。两个伴音副载频可用一个数字信号，再变换成两个正交调制的基带信号，数字化的音频基带信号送到预校正器，对音频信号采用MPEG-1Layer第二层音频编码，也称MUSICAM。音频的编码压缩系统利用了声音的低音频谱掩蔽效应，将对人耳不太敏感的频率进行低码率编码，大大地降低了音频编码速率。6.3ATV/DTV均衡器R&S公司ATV/DTV均衡器由群时延均衡器和线性预校正器组成。ATV/DTV均衡器在信号的基带内工作，信号在时间域以数字I/Q标准进行传递，该均衡器仅需一种模式就可发射所有信号。模式之间的差别是线路的某些部分不需要ATV-T合成器和DTV-T，均衡功能通过程序自行执行。在频道限制器中，信号相位利用群时延均衡器进行预加重。1、群时延均衡器：群时延均衡器补偿由功率滤波器或图像伴音双工器产生的群时延，这样，在输出滤波器或在视/音双工器的波道限制过程中引起的失真得到了补偿，线性均衡器引入的预加重可校正放大器失真，两者作用的结果使发射机输出信号的质量得到恢复。2、线性预校正器：线性预校正器校正信号幅度和相位的相互干扰。校正是在数字化基带层次上进行的，采用数字自适应校正数字声频处理器DAP。在刚启动发射机的几分钟内将发射机的性能调到最佳状态，而且系统能进行发射机的老化、自身失效等波动的监测和自动调整，以保证发射机发出去的信号始终处于高指标状态。在双通道模式中，视频和音频信号在线性预校正器中分别校正，在单通道模式，数字视频和音频信号在线性预校正器前就被组合成数字信号，然后转换成模拟基带信号再送到调制器。由于预校正是数字的，设置参数再生可精确到100%。6.4ATV/DTV调制器调制器有两个处理通道，一个处理视频载波，另一个处理音频载波，采用数字正交频分复用OFDM的调制方式，在单通道模式下音频载波通道可以去掉，而在双通道模式下基带信号I/Q通过一个装在输入端的低通滤波器加到I/Q调制器，在那里I信号与视频载波（本机频率，相位+45°）相混合，Q信号与本机频率（相位-45°）相混合，两个本机信号在加到混合器之前，它们的相位和幅度经过稳定处理。混合以后，两个信号经过合成器处理后，再给RF信号。用直接正交调制器产生视频和音频载波，载波信号被滤波和放大后，送到输出级。调制器还提供一个RF监视器。它能输出激励器输出端和天线之前的视频和音频载波的测试数据。6.5ATV/DTV合成器它用来产生调制需要的视频载波频率，可设置的频率范围包括波段III，IV，V。频率的产生是以参考频率回路为基础的（参考PLL）。该回路含有一个10MHz带宽恒温控制的晶体振荡器（OCXO）。10MHz输出PLL的参考频率，用来给后面的控制回路，产生内部的120MHz的参考频率。这是用于合成器的基本参考频率。它含有另外两路输出合成器输出频率的频率回路。可以监视外接参考频率是否存在和输出信号电平大小，而且4个相位锁定回路的状态可以送到控制器。6.6ATV/DTV母板它用来连接激励器模块和CCU。激励器模块通过母板供电。通过上述Slx800激励器各个模块的详细分析，我们研究了数模兼容激励器的特点，为模拟激励器数字化改造提供了思路。数字激励器与数模兼容的ATV/DTV激励器虽然都有编码器、均衡器、调制器和频率合成器，但是他们对信号的处理又有不同。数字激励器从输入就是TS流信号，到分成正交基带信号I信号和Q信号，最后到调制器输出射频信号都是对一路输入TS流的不断处理。而ATV/DTV激励器输入的依然是模拟的视频、音频信号，I、Q基带信号有视频和音频之分，到调制器输出射频分了RF视频和RF音频。模拟电视发射机的调制信号是连续的复合全电视信号，它用“同步顶功率”来定义发射机的功率。功率是以峰值检波器(或准峰值检波器)的输出来作为功率指示的，峰值功率也叫同步顶功率。由于图像信号采用黑电平固定的负极性调制，其峰值功率是不随图像内容而变化的，但平均功率则随图像内容而变化，所以用峰值功率标称模拟电视发射机的功率。峰值功率Pp和平均功率Pe之间的关系Pp=1.68Pe。数字电视信号在通带内是一种类似白噪声的随机脉冲串，在发射机内经过频率搬移，在VHF或UHF范围内，经过功率放大后由天线幅射出去，由于没有模拟电视的“同步脉冲”等有规律的周期信号，因此发射机的“发射功率”是以“平均功率”来表示。数字电视发射机与模拟电视发射机相比，在覆盖相同范围的前提下，数字电视发射机的输出平均功率比模拟电视的同步顶功率低10-20dB。也就是说，数字电视发射机可以在功率比模拟发射机大大减小的情况下，完全实现相同的覆盖。数字技术进入无线发射领域，为无线发射的产业化和资本运营提供了前所未有的机遇和发展机会。数字电视比模拟电视更有效提高频谱利用率。“模拟方式”意指模拟信号、模拟信道和模拟系统设备，其带宽指信号所含的最高频率与最低频率的差别；“数字方式”意指数字信号、数字信道和数字系统设备，因此模拟模式下需用8MHz带宽才能传输一套PAL制式的模拟电视节目，经过数字压缩技术和数字调制技术后，可在相同的8MHz带宽内传输相当于模拟电视节目2～10套数字节目，使频率得以充分利用，彻底改变了目前模拟电视发射机占用频带宽的现状，不仅满足了人们不断增长的文化需要，而且将产生广泛的社会效益。通过以上电视发射机激励器的数字化技术改造之后，运行一年多，不但各项技术指标运行稳定，播出节目的图像质量和声音质量明显地改善，而且，各种维护的费用同时也降低了很多，减小了故障停播率，具有显著的经济效益和社会效益，技术人员的劳动强度减少了。在实际应用中，设备的稳定性，低耗能，维护容易等优势非常突出，虽然投入不是很大，但已使我台的电视发射又上了一个新的档次。由以上分析可见,采用激励器的数字化技术改造,其工作可靠,性能稳定,故障率低,效率高,寿命长,小型化,经济维护量又小,是一项极成功的技术改造，也是电视发射机发展的必然趋势。随着广播电视事业的蓬勃发展，顺应数字信息时代的要求，电视发射机的数字化技术更新十分重要。我们只有不断提高业务素质，丰富改造实践经验，才能适应事业发展的需要。总之，数字电视它克服了模拟电视许多无法避免的不足与缺陷。如模拟电视只能传输1路模拟视频和1路模拟音频信号，抗多径干扰的能力差，不能实现远距离传播，不适合移动接收，在模拟发射机中，电路的非线性，容易造成图像信号的失真等等。所以，用数字电视取代模拟电视是电视事业发展的需要，特别是对于开路电视这块，其服务对象已由定点用户向移动用户转移，其内容由单一的电视节目转向电视节目与附加数据共同广播。数字电视的前景是广阔的。