浅谈地面数字电视预校正技术及实例分析

蒋斌贵 何 宇

一、引言

随着中央广播电视节目无线数字化覆盖工程的启动，近几年来广西全区的地面数字电视迎来了快速发展。数字电视与模拟电视相比，有许多明显的优势，例如，单台发射机可同时播出多套节目、信号易于传输和存储、节目传输质量高、抗干扰能力强以及无噪声积累等。面对新设备、新技术，做好地面数字电视的运行维护管理工作，需要熟练掌握数字电视的相关技术和标准，其中包括激励器的预校正功能。使用预校正功能和技术，可改善数字电视的相关指标，提高覆盖效果，保障设备稳定运行，确保数字电视节目安全播出。

二、预校正的成因与原理

在地面数字电视发射系统中，前端信号TS流进入激励器后输出射频信号，功率一般都很小，需要经过前级推动单元和功率放大器放大，获得一定的射频功率，最后送到天线上发射出去。可见，功率放大器在发射链路中起着非常重要的作用。理论上，功率放大器输出信号和输入信号的波形应该一致，尽管两者存在时间差，幅度上也有差异。事实上，因为存在许多其他因素，功率放大器前后两端的信号波形不可能完全一致，此现象被称为失真。在功率放大器中，常见的失真类型有线性失真和非线性失真两种情况。

线性失真是指出现群时延、相位失真以及幅度失真等情况，它不会生成新的频率分量。由于功率放大器的频率特性不平坦，信号的相关特性发生改变，从而导致发射效率变差，发射功率降低，信号传输质量变弱，覆盖效果也变差。

非线性失真是指出现谐波失真、互调失真等情况，功率放大器前后两端的信号不是线性关系，频率线性度变差，末端信号中存在新的频率分量。输入信号过大、功率放大器中的非线性器件或者功放静态工作点设置不合适，都是导致非线性失真的因素。非线性失真会造成有效带宽内信号的互调失真，使得MER（调制误码率）变小，误差矢量幅度变大，信号质量变低，同时也会造成带外频谱再生，引起邻信道干扰。

为减少发射系统的非线性失真，尽可能使用线性功率放大器，同时还可以采取功率回退法和预校正技术两种措施。功率回退法，是指适当降低功率放大器的功率，使它工作在线性且无失真的状态。

在实际运用中，功率回退法不能达到满意的效果，具有一定的局限性，而预校正技术正好可以弥补这个缺陷。并且标准GY/T229.2-2008中也明确提出，激励器需具备线性和非线性预校正功能，以改善发射机输出信号的频谱特性。预校正就是指在激励器中完成信号的预先校正，即提前对信号的相位和幅度进行预失真操作。初看起来，经过预失真操作后，激励器输出一个非线性信号到功率放大器，会加重信号的非线性度。事实上，功率放大器以及整个发射链路本身存在非线性特性，而激励器输出信号的非线性恰好与之相反，两者相互抵消，整个链路相当于一个完美的线性系统，因此原信号被有效放大，系统末端输出理想信号。

三、预校正技术的实现与发展

预校正技术一般可分为模拟预校正和数字预校正。在地面数字电视中，采用的是数字预校正，它是在基带数字域完成的，所以也称为数字基带预校正。它的实现依赖于激励器中的FPGA硬件平台，在基带数字域完成非线性预校正操作，从而补偿发射机末级功放的非线性失真。数字预校正具有以下几个优点：1.在全数字域内操作，便于控制，精确度高；2.扩展性好，方便融入新技术；3.需要的模拟器件少，节约成本；4.在基带内完成数字信号处理，与工作频率无关。

数字预校正技术在不断发展和完善，比如新技术自适应预校正算法，通过采集功率放大器前后两端的信号，进行比较，来判断信号的失真程度，并根据失真程度自动进行预失真操作，即可完成预校正功能。自适应预校正算法自动化程度高、可靠性强，避免了传统预校正需要手动操作的弊端。

四、预校正操作实例

据群众反映，收看“村村通”无线发射台站龙胜转播台300W地面数字电视DS-16频道（498MHz）节目有严重马赛克现象，该台站使用的是成都德芯DUT-8322发射机。到现场抢修发现，该发射机功率在323W左右，属于正常范围，在台站收看节目马赛克同样严重且伴随卡顿现象，通过面板查看整机检测数据如图1所示，射频左右带肩和MER都偏低。

图1 预校正前整机检测数据

在地面数字电视系统中，带肩比是其中一个重要指标，用于衡量功率放大器的线性度。带肩是指数字电视信号经过功率放大器后，在该频道外产生的近似连续频谱的互调产物，呈“肩部”状，称为带肩。我国地面数字电视每个频道带宽为8MHz，其带肩比就是信号频率中心的功率与偏离频率中心±4.2MHz处的功率比值。需要注意的是，在DTMB发射系统中，激励器和发射机的带肩比的指标规定是不同的，激励器带肩比要求≤-48dBc，发射机带肩比要求≤-36dBc。一般来说，功率放大器线性度越好带肩比越高。但通常为了提高功放的效率，不顾及功放的线性度，从而造成信号失真，引起频带内外信号相互干扰，频谱被改变，带肩比指标变差。

MER也是地面数字电视的重要指标，它和基带信号的信噪比（S/N）有点类似。在DTMB发射系统中，MER要求≥32dB。MER越大，说明调制系统越好；MER越小，说明信号传输质量越差，会出现卡顿或马赛克现象，严重时可能会出现黑屏现象。

分析收看数字电视节目有马赛克现象的原因，可能是功率放大器功率过大导致非线性失真引起的，也可能是没有对激励器进行预校正操作引起的。首先，通过功率回退方式降低发射功率，但并未改善接收效果，可见不是功率过大的原因。其次，尝试通过预校正方式看是否能改善带肩比和MER等指标，并解决此故障。以下为预校正的具体操作步骤。

首先，在发射机主控单元面板中，将射频切换单元设置在手动状态，避免在预校正过程中主备激励器自动切换，影响预校正操作。然后，手动选择要进行预校正的激励器（主或备激励器），并依次按以下步骤对激励器进行操作：1.打开激励器主菜单，进入“输出设置”选项；2.选择“数字预失真”；3.进入“非线性预失真”；4.选择“打开”预失真，进入预失真操作；5.在预失真操作下选择“更新”；6.开始预失真校正；7.预失真校正成功；8.得出最优带肩数据；9.保存激励器参数，选择“是”进行保存。

如图1所示，预校正以前，射频左右带肩分别为31.2dB和29.0dB,换算成带肩比就是-31.2dBc和-29.0dBc，可见左右带肩比均≥-36dBc，且 MER为27.6dB≤32dB，指标不合格，信号质量差，覆盖效果不好，所以在当地收看电视节目有马赛克现象。预校正操作完成后，如图2所示，可以看到左右带肩为51.1dB和50dB，即左右带肩比均≤-36dBc，MER为45.1dB≥32dB，所有指标均已经达标，且改善明显，实地收看该频点的数字电视节目恢复正常。

图2 预校正后整机检测数据

五、结语

使用预校正功能，可以改善功率放大器的线性特性，在一定范围内，使其工作在恰到好处的放大状态，并能有效提高其效率。也就是说，在同等输入功率条件下，发射机可以输出更高的功率，增强覆盖效果。或者说，在满足同等输出功率条件下，可以适当降低发射机输入功率，既可以减少代价，又能节约能源。另外，通过实例分析可知，在地面数字发射机的运行维护管理中，不仅要注意发射机的功率设置是否合适，还要注意带肩比和MER等其他关键指标是否合格。