淺談地面數字電視發射系統

貴州省廣播電視局七九四臺 周 忠

地面數字電視逐步取代傳統模擬電視，是我國廣播電視技術歷史性的一次飛躍。地面數字傳輸有很多優勢，這些優勢很難被其他傳輸方式取代。廣播電視的數字化，加快構建了技術先進、傳輸快捷、覆蓋廣泛的無線數字廣播電視公共服務體系，對國家具有非常重要的戰略意義。

1 地面數字電視

我國的無線電視經歷了50多年的發展，由最開始的無線發射臺站接力傳輸組網實現信號無線覆蓋，再到衛星傳輸、有線傳輸、無線傳輸等多種傳輸渠道共同組網實現信號覆蓋的模式。電視制式也由傳統的黑白D/K制式、PAL/D制式向目前正在實施的地面數字電視制式轉變。

1.1 地面數字電視的特點

地面數字電視傳輸標準（簡稱：DTMB）采用時域同步正交頻分復用技術，支持多種調制方式：64-QAM、32-QAM、16-QAM、4-QAM、4-QAMNR。DTMB系統在8MHz帶寬內可以支持4.813～32.486Mbit/s的凈載荷數據傳輸率，故在一個模擬電視頻道內，地面數字電視可以傳送幾套甚至十幾套電視節目。DTMB系統支持不同的應用：SDTV、HDTV、數據廣播和互聯網等。DTMB系統支持不同的接收方式：固定接收、便攜接收、步行接收和高速移動接收。DTMB系統組網方式支持單頻組網（SFN）和多頻組網（MFN）。

DTMB系統采用BCH碼和低密度奇偶校驗碼級聯的信道編碼形式，對信道編碼傳輸實行嚴格的差錯控制，能夠有效控制誤碼率。總體來講，地面數字電視的特點有：信息傳播安全、可靠，覆蓋范圍廣，傳播內容靈活，抗干擾能力強，建設、維護成本低，支持移動接收等。

1.2 地面數字電視的發展

2011年以前，被國際標準化組織ITU采納的地面數字電視標準有3個：美國的ATSC、歐洲的DVB-T、日本的ISDB-T。中國的地面數字電視標準DTMB是2011年才被ITU采納，正式成為第四個地面數字電視傳輸國際標準。

2012年之后，按照國家廣電工信部、國家廣電總局的統一戰略部署，各個省逐步開始由模擬向數字的轉換。2015年9月，國家廣電總局廣播科學研究院出臺《貴州省中央廣播電視節目無線數字化覆蓋工程技術方案》。2016年開始，逐步完成工程實施并進入試播調試階段。

2020年底，貴州省實現全面關停無線模擬電視，中央廣播電視節目無線數字信號區域全覆蓋。

2 地面數字電視發射系統

數字電視發射機是地面數字電視發射系統的核心，電視發射機經歷了電子管、速調管、IOT管、全固態等幾個階段。目前我國的數字電視發射機發展速度很快，發展趨勢主要有四個方向：首先是高可靠性，全固態發射機采用晶體管并聯運用，采用功率合成技術，整機“冗余性”設計，相對傳統的電子管機型有很大的突破。其次是自動化程度較高，隨著發射機可靠性的提升。

2.1 發射系統的拓撲結構

地面數字電視信號源系統通常簡稱數字前端，發射系統將數字前端送來的TS流信號經過調制，并進行預失真校正，然后經過功放單元把功率提升到目標發射功率，最后通過天饋系統把數字電視信號以電磁波的形式輻射出去。地面數字電視發射系統的拓撲結構如圖1所示。

圖1 地面數字電視發射系統的拓撲結構圖

如果組網模式是單頻網（SFN），激勵器之前還需要有GPS授時器，為單頻組網提供參考時鐘。配電系統、風冷系統、微機監測監控系統等未在圖1中體現。

2.2 發射系統的備份技術

信號源備份。地面數字電視的主用信號源是中星6A衛星信號，單頻組網的8套央視節目，以及多頻組網的4套央視節目，都是分別打包好的，直接用專用接收機解調出來就可以用于發射。但是為了做到信號源備份，通常會選擇中星6B上的央視12套節目來作為備用信號源，由于央視12套節目零散地分布在三個下行頻率上，故需要分別解調出來，然后再通過編轉碼、統計復用，最終打包成為我們發射用的央視8套和央視4套節目。當然，在復用的時候，可以選擇加入本地四套節目，因為多頻網預留有4套節目空間。

激勵器備份。2016年實施的《貴州省中央廣播電視節目無線數字化覆蓋工程》項目，統一招投標的發射機是按照主備激勵器來配置的。激勵器承擔著發射系統的調制任務，是發射系統對電視信號加工處理的關鍵一步。

發射機備份。主備機的輸出經過同軸開關切換至天線，這種方式比單機工作方式可靠性要高。同軸開關的切換，使得一臺連接天饋線，另一臺連接假負載。

3 發射系統的技術指標

3.1 發射功率

地面數字電視發射系統的發射功率決定了地面數字電視信號的電場強度，直接關系著信號的覆蓋范圍、覆蓋質量、可靠性等。2016年實施的《貴州省中央廣播電視節目無線數字化覆蓋工程》項目，地面數字電視發射機是統一按照1000W標準來配置的。

地面數字電視發射系統的發射功率（Pt）與有效覆蓋范圍的關系可以根據公式Ec=10·lgPt-20·lgd+106.92（式中d為到發射天線的距離，單位：km）來測量，根據測量數據繪制關系圖。

3.2 頻譜特性

帶肩。數字電視信號經過放大，會在頻道外的互調產物為近似連續頻譜，頻道外的連續頻譜在頻道附近產生“肩”效應，稱之為帶肩。我國一個電視頻道帶寬為8MHz，帶肩比為中心頻率與偏離中心頻率±4.2 MHz處功率的比值，單位為dBc。

不平坦度。不平坦度是頻譜特性很重要的指標之一，記中心頻率處幅度記為Ac，記帶內最大和最小幅度值分別記為Amax和Amin，帶內頻譜不平坦度為Amin與Ac的差到Amax與Ac的差。

3.3 相位噪聲和抖動

相位噪聲和抖動是對同一種現象兩種不同的定量方式。在理想狀態下，一個1MHz的脈沖信號，每500ns就有一個跳變。但是絕對理想的這種信號并不存在，所以在脈沖跳變就會產生兩種情況，一種是跳早了，另一種是跳晚了。這種現象我們稱之為相位噪聲，或者抖動。

3.4 調制誤差率

地面數字電視信號經過QAM調制分成I和Q兩組，在兩個矢量方向分別量化。兩組信號經同一本振混頻，相位相差90°。比如，量化分為8個等級，那么I和Q兩個矢量方向就會產生8×8=64個框的星座，也成星座圖。故不管數字電視采取哪一種調制方式，它的每一個信號都必將在星座圖上有一個相應的位置。每一個方框的邊線即為相鄰信號的分界限，也稱“判斷門限”。又由于數字電視信號總是伴隨著廣義噪聲的存在，就很容易使得信號越過判斷門限，造成誤碼。

數字電視理想信號功率與噪聲功率之比，就是調制誤差率，簡稱MER。調制誤差率是反映數字電視信號經傳輸后受到損傷的程度，是衡量數字電視發射系統的重要指標，國家標準委員會標準要求數字電視發射系統的調制誤差率要求達到≥32dB。