数字电视发射机激励器电路技术分析

2015-07-20任立君李艳华王秋松内蒙古新闻出版广电局阿尔山768发射台内蒙古兴安盟阿尔山137800

中国新技术新产品 2015年6期

关键词：编码器

任立君李艳华王秋松（内蒙古新闻出版广电局阿尔山768发射台，内蒙古兴安盟阿尔山 137800）

数字电视发射机激励器电路技术分析

任立君李艳华王秋松
（内蒙古新闻出版广电局阿尔山768发射台，内蒙古兴安盟阿尔山 137800）

摘要：数字激励器的信号处理方式不同于模拟激励器，数字激励器在处理输入的TS信号时，需要把输入信号转换为正交数字基带信号，然后进行均衡处理和线性预校正，处理后的信号再转换回模拟基带信号，经调制在RF载波频点处经功率放大器放大输出。

关键词：编码器；数字均衡器；数字自适应预校正

数字电视发射机的激励器通过信道编码、调制和上变频等手段，提高了信号的抗干扰能力，确保了传输信号的稳定收发。输入激励器的传输码流是MPEG - 2 TS，经编码器信道编码和数字调制器调制后的标准输出中频信号通过上变频至RF载波频道。数字激励器采用中频自适应预校正技术改善了互调失真指标，提高了功放系统的效率，实现了整机系统的自动调整，确保了发射机能够高效稳定的运行。数字激励器由对数字TS流进行编码的编码器电路，对数字基带信号进行预校正和数/模转换的数字均衡器电路，调制器电路，产生RF载波的频率合成器电路和控制电路等组成。电路工作框图如图1所示。

一、数字激励器构成

1 编码器

数字激励器编码器起到3个方面的作用。一是纠错编码，二是按要求的标准进行调制，三是延时控制。主要功能是对输入的数字码流进行信道编码（纠错编码）。考虑到雷电、电器电火花等对发射的调制信号信道造成的干扰，及移动接收信号时的多普勒效应干扰，同模拟信号相比，数字信号的抗干扰能力要求更高。

编码器使用FEC编码技术（前向纠错编码）。FEC纠错能力较强，接收端接收码字解码后，容易发现错误，同时能够找出错误码元处在的位置，进行自动调整纠错，FEC编码技术实时性强，无需反馈纠错信息，因此这种信道编码方式在单向传输的广播系统中被广泛采用。但在发生突发性连串错误编码时，FEC编码技术不能很好的处理，为了对付大面积突发性的误码，编码器还使用了交织编码技术。交织编码是指已经编码的信号按照要求的规则进行重新排列，这样在不需要增加额外的纠错码字的前提下，那些成串的误码就能够被分散开，经过交织的编码类似于独立的随机错误。

数字编码器按照不同的标准采取相应的调制技术。当数字激励器用于DVB-T标准时，一般使用COFDM调制技术。这是一种在字符间添加了保护间隔的多载波调制技术，由于增加了保护间隔，它克服了多径传输的干扰。模拟发射在提高覆盖范围时，只能依靠提高发射机功率和天线高度及增加频率来实现，具有很大的浪费。采用数字技术发射可以通过建立SFN（单频网）来增加覆盖，建立SFN（单频网）就采用COFDM这种调制方式。COFDM多载波调制技术通常采用两种模式（2K 、8K）；QPSK、16QAM、64QAM三种调制方式；1/4 、1/8 、1/16 、1/32四种保护间隔。子载波的产生不同于传统模拟方式依靠频率合成器完成，信号中的字节通过映射产生I、Q符号，该符号为基带信号且相互正交，之后通过快速IFFT反向傅立叶变换产生子载波。

数字电视发射机建立SFN（单频网）时，需要参加的全部发射机的时间和频率同步一致。这需要通过激励器编码器进行延时控制实现。激励器编码器实施延时控制是通过接收GPS的1PPS（秒脉冲）和参考频率（10MHz）锁相同步来实现。

2 数字均衡器

数字电视信号要求发射机功放系统必须有较好的线性，当前改善功放系统线性度比较成熟的方法是在数字激励器中加入预校正技术和均衡技术。数字激励器的均衡器包括线性均衡器和群时延均衡器。数字均衡器主要有两个功能，一个功能是预校正数字I、Q基带信号的电平（相位、频响），另一个功能是将数字I、Q基带信号转换为模拟信号，同时送入调制器进行变频转换。

均衡器补偿数字电视发射机的各部分产生的线性总失真，线性失真包括相位线性失真和幅度线性失真。发射机产生线性失真的主要器件是功放系统的输入/输出匹配网络和腔体及射频滤波器。这些器件产生的频响成为复频响，都需要对其幅度和相位进行均衡。均衡器输出的频响与发射机各部分的总频响呈复数共轭的函数转换关系，当发射机的复频响与均衡器产生的频响函数相乘后，发射机的线性失真将下降至满足标准要求的水平。理想的频响是一个常数和频率无关。群时延就是相位相对于频率的失真，是指不同频率的信号在通过整个信号带宽范围时产生不同的时延。理想的群时延也是一个常数和频率无关。补偿群时延失真的办法通常是采用两个数字均衡滤波器用于高频和低频补偿。

3 调制器

数字激励器调制器的功能是把经过COFDM调制并进行数模转换后的两路I、Q正交信号和频率合成器输出的视频载波信号进行混频、变频成一路射频输出。

4 频率合成器

频率合成器的主要功能为输出调制需要的视频载波本振信号频率，为单频网提供参考时间和参考频率。载波频率的产生通过PLL（锁相环频率合成器）完成。PLL回路包括一个恒温VCXO（压控晶体振荡器），带宽为10MHz。输出的每个频率都与10MHz基准频率同步，10MHz基准频率的频率精度较高，较高的频率精度可降低噪声和确保短期的稳定性。

5 控制电路

数字激励器一般都配有可实现远程遥控的RS232接口，同时安装以工控机为核心的控制处理单元。控制处理单元提供了发射机当前的运行状态信息、故障报警信息、参数配置信息、发射机的开启与关闭及历史记录等信息。通过操控工控机可以显示功放系统内部各功放模块的实时状态，控制单元通过外接传感器监测发射机各装置，管理发射机的全部操作。

二、中频自适应数字预校正技术

自适应数字预校正技术（DAP）可将发射机在启动后的数分钟之内将发射机性能调整至最佳状态，它不需要外界人工干预，同时自适应系统通过实时监控发射机的运行状态来自动校正产生的波动，确保了发射机输出的信号始终保持较高指标和稳定的状态，也方便了用户的维护。采用自适应数字预校正电路大大改善了数字电视发射机AB类功放系统的性能，提高了发射机的效率。数字电视发射机的关键性技术问题还是功放系统的线性问题，数字电视信号的调制都采用多载波方式，如果功放的线性差，在互调失真较大时就会导致严重的带内干扰或邻频带干扰，在解调时因互调失真导致接收的信号质量很差。当前采用最广泛的技术是中频自适应数字预校正技术，它具有精度准确、线性度好、易于电路集成模块化的优点。

中频自适应数字预校正针对发射机功放系统进行校正，它的原理是预先制定一个理想的补偿曲线，曲线的幅度——幅度、相位——幅度与功率放大器系统的响应互补，功率放大器和预校正器级联后就变成了理想的线性放大系统。已调制的中频信号经过限幅器后进行线性均衡和非线性预校正，在处理的过程中反复进行数字信号处理，功放系统输出端反馈回来的解调信号也被送入数字信号处理单元，数字信号处理单元按照一定的规则实时调整均衡器和非线性校正器的工作参数，来获取补偿曲线参数以抵消功放系统的响应，降低三阶互调失真和五阶互调失真的影响，改善了功放的线性度。自适应数字中频预校正原理如图2所示。

中频自适应数字预校正器工作时首先进行信号限幅选择，选择合适的幅度来降低信号的峰值--平均值之比，同时清除掉数字信号处理时产生的台肩，降低了因功率器件质量劣化造成的功率回退。限幅后的信号进行自适应线性均衡器的选择，用来校正发射机无源器件（功率合成器、谐振腔和滤波器）产生的线性失真。然后进入幅度相位的非线性预校正环节，解调功放输出端反馈回的射频信号，经数字信号处理后产生中频数字复信号作为反馈信号和进行线性均衡后的信号一起被计算处理得出当前的校正量。进行非线性预校正处理后的信号通常还要限幅，如果幅度小于设定的门限时不处理，大于门限时，取门限值。一般还要采用限幅滤波器来滤除限幅造成的带外产物，使其降低到限幅处理以前的带外产物信号电平状态。

采用中频自适应数字预校正技术后，一般在频谱台肩处可以提高约10dB，增加了功放的线性区间范围，降低了邻频道干扰，有效解决了因功率回退导致的输入功率增加的问题，提高了接收效果。