簡述數字電視發射機技術

黑龍江人民廣播電臺八一一臺 許正磊

簡述數字電視發射機技術

黑龍江人民廣播電臺八一一臺 許正磊

到2020年，全國地面數字電視廣播覆蓋網基本建成，地面數字電視廣播綜合覆蓋率基本達到現有模擬電視覆蓋水平，地面數字電視接收基本普及，更多的中央、本省、本地農業科教類電視節目進入地面數字電視頻道，通過高清、標清方式為廣大人民群眾提供多套高質量的節目，公共服務水平得到較大的提升。地面模擬電視信號停止播出，地面電視實現由模擬到數字的戰略轉型。因此，數字電視發射技術的掌握和學習尤為重要，下面簡述數字電視發射機技術的構成。

一、數字電視發射機主要特點

1. 高可靠性，備份冗余設計，可實現零停播率。

下面以GME11D13數字電視發射機為例，由8個功放模塊合成，單個功放模塊輸出平均功率200W，各功放互為備份，可以任意替換，整機功率余量大。5個開關電源并聯均流供電，互為備份，由微機監控電源的工作狀態，使得開關電源的兩種工作狀態可以自由的切換，實現整機的自動控制系統和手動控制系統之間自由切換。

2. 智能化和網絡化，實現計算機對數字發射機管理和監控

數字發射機帶有PC接口，實現計算機對數字發射機管理和監控。配備完整的技術數據檢測、監控系統和功能完善的計算機控制軟件，同時數字發射機具有自我診斷功能。數字發射機的各項技術參數可以通過面板的液晶顯示屏讀取。通過PC接口可用微機來調試整機的主要指標。

3. 完善的保護措施，減少設備在特殊環境下的損壞。

數字發射機的開關電源設有過壓、過流、欠壓、過溫、短路、防雷擊等保護措施，同時數字發射機設有駐波比過大、過熱、過激勵、缺相保護及防雷措施。

4. 獨特的結構設計，調試，維護，運輸方便

數字發射機通過計算機輔助設計現已形成模塊化設計。其中的熱插拔設計：功放模塊及開關電源之間熱插拔，使得調試維護方便，提高可靠性。模塊化的積木式組合結構使得各功能單元界限分明，便于長期維護和升級。

5. 所有電源均為質量可靠、穩壓性能高的開關電源

數字發射機的個單元供電均采用效率高、穩壓范圍寬泛，適應外電變化能力強的開關電源。

6. 可兼容國際上多種制式

數字發射機可具有ADTB-T,DMT-T等制式，可實現一臺發射機發射兼容兩種制式或數字和模擬共機發射。

二、數字電視發射機主要部件技術簡介

全固態數字電視發射機主要由以下六個部分組成：1.編碼器/激勵器；2.功率放大器；3.無源部件（包括分配器、合成器、帶通濾波器等）；4.電控單元；5.風冷系統；6.發射機監控系統。以下側重的講幾個方面：

編碼器/激勵器：

（1）信號編碼器主要起兩個作用：一是實現模數轉換，把信號源發出的連續信號變換為數字序列；二是降低信號的數碼率如脈碼調制、聲碼器，信號的數據率壓縮都屬于信源編碼。信源譯碼器是信源編碼器的逆過程。信道編碼器的作用是提高通信的可靠性。通常信道匯遭受到各種噪聲干擾，這些噪聲均可導致接收信號的錯誤。采用糾錯編碼（又叫信道編碼）在發送端按一定的規則加入多余的碼元，使接收端能發現錯碼或糾正信道譯碼的作用和信道編碼的相反。譯碼器的功能主要是將原始信息轉換成適當的數字序列（通常是二進制序列）。譯碼器的功能與解碼器相反，將數字序列還原成消息。

數字電視發射機編碼器采用的是ADTB-T或DMB-T的標準。ADTB-T的標準，激勵器具有預失真矯正，SFN等功能，中頻輸出。激勵器完成上變頻、功率推動及部分整機控制功能。

DMB-T的標準，激勵器采用基帶預失真技術，用以抵消發射機功率放大器帶來的非線性失真，提高功放的利用效率；同時還可以校正末級帶通濾波器或多工器的幅度和群時延頻響，提高發射系統的MER。激勵器提供RS232遙控接口，具有完善的報警和自動保護功能。

（2）功率放大器：1.3KW數字電視發射機末級功率放大器由8個200W功放單元組成，采用先進技術的功率合成方式，最大輸出功率可達到1.3KW rms以上。一致性非常好，可以任意互換。

GME UHF200W功放模塊所用功放管，均采用進口大功率LDMOS場效應管，線性好、功率余量大。為防止對其余頻道的干擾，在輸出端加有濾波器，對帶外諧波進行抑制，確保帶外非所需發射小。

UHF 200W數字功放模塊組成

分米波數字電視發射機末級功放，采用統一的GME UHF 200W功放模塊。GME UHF200W為高增益功放模塊，用于同一臺發射機的每一個功放模塊的GME UHF220W功放模塊組成。

UHF 200W功放模塊共有三級組成，二個推動級和一個末級。第一級推動功放。

第一級推動功放工作在A類，工作電壓32V，采用2個LDMOS功率放大器和90o正交電橋構成平衡放大器，實現模塊輸入端的良好匹配。

第二級推動功放：第二級推動功放工作在AB類，工作電壓32V。它處于兩個平衡放大器之間，可以有良好的隔離。末級功放：末級功放工作在AB類，工作電壓32V。為了達到所需功率和非線性失真要求，該級采用了4個LDMOS（MRF377H）功放管合成。

功放模塊具有過激勵、過載和過熱保護等功能。

（3）開關電源簡介

供電及控制顯示部分完成整機控制、交流供電控制等功能。發射機正常工作的所有工作狀態均由主控單元顯示。主控單元由功率測量板、單片機、數碼表等組成。發射機所有的工作狀態都通過單片機由主控單元顯示。發射功率和反射功率通過數碼表在面板上同步顯示。

采用AC380V三相平衡式輸入，無中線電流，保證各相輸入功率相同。

功率變換部分采用最先進的ZVS-ZCS-PWM軟開關諧振技術，功率開關管具有零電壓、零電流開通關斷特性。相對傳統的硬開關功率管而言，極大降低了開關管的電應力，大大提高了開關電源工作的可靠性和轉換效率。

數字化輸出電流/電壓顯示及其它機內狀態指示,讓您盡覽電源的工作狀況。特別是數字式輸出電流指示,能直接反映您功放管的電流大小及正常與否。完善的保護功能。電源具有AC380V輸入欠壓保護、直流輸出過壓保護、散熱器過溫保護、輸出過流保護和輸出短路保護、防雷擊保護等。

先進的高精度民主均流技術。使每臺電源都能動態跟蹤實時處理其輸出電流的大小, 使多臺電源間的輸出電流大小一致, 這樣若干臺本電源并聯即可組成大容量的電源系統。 N+1多機并聯均流工作, 即使任一電源出現故障都不影響系統工作, 方便了用戶, 極大地提高了系統的可靠性。

具有監控功能。每臺電源內均有RS485通訊接口，能將電源電流大小及告警信息及時上報。采用模塊化熱插拔設計。保證了系統在正常工作情況下，對電源進行插拔更換維修。轉換效率高。由于采用軟開關諧振技術，轉換效率高于92%，比硬開關高5%左右。

（4）無源部件

功率分配、功率合成：

在電視發射機中，功率分配與功率合成技術得到了廣泛的應用。在某些場合需要將一路高頻信號的功率，通過分配網絡均勻地互不影響地分配給多路負載，基本要求是：輸出功率按一定的比例分配，各輸出端之間要相互隔離，輸入輸出端必須匹配；同時為了獲得更大功率，通過合成網絡將各放大器輸出功率相加。功分與功合往往采用互易網絡實現。

四分配器、合成器主要技術指標：

插入損耗： 0.3dB（微帶形式Max）

0.15db(懸帶形式Max)

幅度的不平衡度： ≤0.15db

相位的不平衡度： ≤4°

隔離度： 26dB

入口反射損耗（或駐波比）： ＞26dB （＜1.1）

其他口反射損耗（或駐波比）： ＞23dB （＜1.1）

分配器最大輸入功率(峰值)： 1W

工作溫度： -5℃ ～ 45℃

(5)具有遙測遙控及遙信系統發射機主要特點：

增加了PC機監控及遙控遙測功能

三、發射機可靠性設計

1.概述

對大功率廣播電視發射機產品而言，可靠性是最關鍵的指標，同時也是最困難的設計指標。功率越大，所用元器件越多，客觀上整體可靠性變差；但由于其重要性提高，相應的可靠性要求又提高，所以整機系統的可靠性設計變得非常重要。

2.發射機“零停播率”設計

發射機的零停播率設計包括發射機的主要部件的冗余設計(零停播設計)和快速維護設計。為實現零停播率這個目標，吉兆公司在大功率發射機的可靠性設計方面采取了多方面的措施：

（1）發射機主要部件的冗余設計

（2）整機控制系統的備份冗余設計

（3）發射機的可快速維護設計

3.可靠性預計

參照國標、軍標進行可靠性設計

模塊的可靠性預計參照GJB/Z299B-98軍標，采用了元器件應力分析可靠性預計法和元器件計數可靠性預計法。每個模塊分別進行可靠性設計，然后再將各模塊作為基本可靠性預計單元，建立系統可靠性模型。

發射機中功放模塊和電源模塊內元器件的工作環境最為苛刻，所以在可靠性設計中采用了降額設計、容差設計、故障診斷設計等措施。

電源部分采用冗余系統，使壽命大大提高。

四、結束語

在發射機的設計過程中，通過嚴格的可靠性設計，大大提高了產品質量。

由于采用了模塊化和熱插拔結構，加之微機自動調整，所以平均修復時間大大降低（主要取決于到現場的時間），MTTR約為24小時左右。如果不計算維修人員旅途的時間，現場平均修復時間為5分鐘，即為功能模塊更換時間。

如果考慮到整機自動備份設計，即主備激勵器自動備份、開關電源和功放模塊的熱備份設計，平均修復時間將更低。建議在用戶方配備一套功放、電源模塊和風機備件，修復時間將大大縮短，實現零停播率將更有保障。