地面数字电视发射系统探讨

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地面数字电视逐步取代传统模拟电视，是我国广播电视技术历史性的一次飞跃。地面数字传输有很多优势，这些优势很难被其他传输方式取代。广播电视的数字化，加快构建了技术先进、传输快捷、覆盖广泛的无线数字广播电视公共服务体系，对国家具有非常重要的战略意义。

1地面数字电视

我国的无线电视经历了50多年的发展，由最开始的无线发射台站接力传输组网实现信号无线覆盖，再到卫星传输、有线传输、无线传输等多种传输渠道共同组网实现信号覆盖的模式。电视制式也由传统的黑白D/K制式、PAL/D制式向目前正在实施的地面数字电视制式转变。

1.1地面数字电视的特点

地面数字电视传输标准（简称：DTMB）采用时域同步正交频分复用技术，支持多种调制方式：64-QAM、32-QAM、16-QAM、4-QAM、4-QAM-NR。DTMB系统在8MHz带宽内可以支持4.813～32.486Mbit/s的净载荷数据传输率，故在一个模拟电视频道内，地面数字电视可以传送几套甚至十几套电视节目。DTMB系统支持不同的应用：SDTV、HDTV、数据广播和互联网等。DTMB系统支持不同的接收方式：固定接收、便携接收、步行接收和高速移动接收。DTMB系统组网方式支持单频组网（SFN）和多频组网（MFN）。DTMB系统采用BCH码和低密度奇偶校验码级联的信道编码形式，对信道编码传输实行严格的差错控制，能够有效控制误码率。总体来讲，地面数字电视的特点有：信息传播安全、可靠，覆盖范围广，传播内容灵活，抗干扰能力强，建设、维护成本低，支持移动接收等。

1.2地面数字电视的发展

2011年以前，被国际标准化组织ITU采纳的地面数字电视标准有3个：美国的ATSC、欧洲的DVB-T、日本的ISDB-T。中国的地面数字电视标准DTMB是2011年才被ITU采纳，正式成为第四个地面数字电视传输国际标准。2012年之后，按照国家广电工信部、国家广电总局的统一战略部署，各个省逐步开始由模拟向数字的转换。2015年9月，国家广电总局广播科学研究院出台《贵州省中央广播电视节目无线数字化覆盖工程技术方案》。2016年开始，逐步完成工程实施并进入试播调试阶段。2020年底，贵州省实现全面关停无线模拟电视，中央广播电视节目无线数字信号区域全覆盖。

2地面数字电视发射系统

数字电视发射机是地面数字电视发射系统的核心，电视发射机经历了电子管、速调管、IOT管、全固态等几个阶段。目前我国的数字电视发射机发展速度很快，发展趋势主要有四个方向：首先是高可靠性，全固态发射机采用晶体管并联运用，采用功率合成技术，整机“冗余性”设计，相对传统的电子管机型有很大的突破。其次是自动化程度较高，随着发射机可靠性的提升。

2.1发射系统的拓扑结构

地面数字电视信号源系统通常简称数字前端，发射系统将数字前端送来的TS流信号经过调制，并进行预失真校正，然后经过功放单元把功率提升到目标发射功率，最后通过天馈系统把数字电视信号以电磁波的形式辐射出去。地面数字电视发射系统的拓扑结构如图1所示。如果组网模式是单频网（SFN），激励器之前还需要有GPS授时器，为单频组网提供参考时钟。配电系统、风冷系统、微机监测监控系统等未在图1中体现。

2.2发射系统的备份技术

信号源备份。地面数字电视的主用信号源是中星6A卫星信号，单频组网的8套央视节目，以及多频组网的4套央视节目，都是分别打包好的，直接用专用接收机解调出来就可以用于发射。但是为了做到信号源备份，通常会选择中星6B上的央视12套节目来作为备用信号源，由于央视12套节目零散地分布在三个下行频率上，故需要分别解调出来，然后再通过编转码、统计复用，最终打包成为我们发射用的央视8套和央视4套节目。当然，在复用的时候，可以选择加入本地四套节目，因为多频网预留有4套节目空间。激励器备份。2016年实施的《贵州省中央广播电视节目无线数字化覆盖工程》项目，统一招投标的发射机是按照主备激励器来配置的。激励器承担着发射系统的调制任务，是发射系统对电视信号加工处理的关键一步。发射机备份。主备机的输出经过同轴开关切换至天线，这种方式比单机工作方式可靠性要高。同轴开关的切换，使得一台连接天馈线，另一台连接假负载。

3发射系统的技术指标

3.1发射功率

地面数字电视发射系统的发射功率决定了地面数字电视信号的电场强度，直接关系着信号的覆盖范围、覆盖质量、可靠性等。2016年实施的《贵州省中央广播电视节目无线数字化覆盖工程》项目，地面数字电视发射机是统一按照1000W标准来配置的。地面数字电视发射系统的发射功率（Pt）与有效覆盖范围的关系可以根据公式Ec=10·lgPt-20·lgd+106.92（式中d为到发射天线的距离，单位：km）来测量，根据测量数据绘制关系图。

3.2频谱特性

带肩。数字电视信号经过放大，会在频道外的互调产物为近似连续频谱，频道外的连续频谱在频道附近产生“肩”效应，称之为带肩。我国一个电视频道带宽为8MHz，带肩比为中心频率与偏离中心频率±4.2MHz处功率的比值，单位为dBc。不平坦度。不平坦度是频谱特性很重要的指标之一，记中心频率处幅度记为Ac，记带内最大和最小幅度值分别记为Amax和Amin，带内频谱不平坦度为Amin与Ac的差到Amax与Ac的差。

3.3相位噪声和抖动

相位噪声和抖动是对同一种现象两种不同的定量方式。在理想状态下，一个1MHz的脉冲信号，每500ns就有一个跳变。但是绝对理想的这种信号并不存在，所以在脉冲跳变就会产生两种情况，一种是跳早了，另一种是跳晚了。这种现象我们称之为相位噪声，或者抖动。

3.4调制误差率

地面数字电视信号经过QAM调制分成I和Q两组，在两个矢量方向分别量化。两组信号经同一本振混频，相位相差90°。比如，量化分为8个等级，那么I和Q两个矢量方向就会产生8×8=64个框的星座，也成星座图。故不管数字电视采取哪一种调制方式，它的每一个信号都必将在星座图上有一个相应的位置。每一个方框的边线即为相邻信号的分界限，也称“判断门限”。又由于数字电视信号总是伴随着广义噪声的存在，就很容易使得信号越过判断门限，造成误码。数字电视理想信号功率与噪声功率之比，就是调制误差率，简称MER。调制误差率是反映数字电视信号经传输后受到损伤的程度，是衡量数字电视发射系统的重要指标，国家标准委员会标准要求数字电视发射系统的调制误差率要求达到≥32dB。

作者：周忠