用模擬電視傳輸發(fā)射設(shè)備傳送數(shù)字電視

    【摘要】本文介紹如何改造模擬電視傳輸發(fā)射設(shè)備用于傳送數(shù)字電視，并提供一個改造實例，供同行參考。

    【關(guān)鍵詞】調(diào)頻微波；電視發(fā)射機；QAM調(diào)制；機頂盒, 數(shù)字電視

    隨著數(shù)字電視技術(shù)的發(fā)展和電視節(jié)目數(shù)字傳輸?shù)纳虡I(yè)化，模擬電視逐步轉(zhuǎn)向數(shù)字電視。能否改造現(xiàn)有設(shè)備用于傳送數(shù)字電視，以提高電視節(jié)目傳送質(zhì)量和頻帶資源利用率，是一個值得我們探討的課題。就福建省而言，現(xiàn)有電視微波站362座，微波線路七千多公里；大小電視發(fā)射臺473座，電視發(fā)射機近八百臺。這些設(shè)備若能改造利用，不僅能加快數(shù)字化進，還能節(jié)省大量投資。近期我們在這方面做了一些嘗試，取得一些可行的經(jīng)驗，供同行參考。  

    1 模擬設(shè)備傳輸數(shù)字電視可行性分析：

    數(shù)字與模擬電視信號的傳輸方法都是把調(diào)制信號變?yōu)橹蓄l，然后再搬到相應(yīng)的工作頻段上，接收時，做逆向變頻得到中頻，中頻信號經(jīng)解調(diào)器或數(shù)字解調(diào)機解調(diào)還原信號?？梢?，數(shù)字與模擬電視信號的傳輸原理是一樣的，由于數(shù)字與模擬電視信號的調(diào)制方式不一樣，傳輸設(shè)備也略有不同。但，我們只要對模擬電視傳輸發(fā)射設(shè)備做必要的改造，模擬設(shè)備也能傳送數(shù)字電視信號。

    模擬電視傳輸發(fā)射系統(tǒng)如圖1所示，調(diào)頻微波主要用于點對點的遠距離電視信號傳輸，其代表機器有WSF8-06微波收發(fā)信機，該機中頻為70MHz、帶寬為18MHz。電視發(fā)射機用于點對面的傳輸覆蓋，工作于米波段或分米波段，中頻為37MHz、帶寬為8MHz。該系統(tǒng)用來傳數(shù)字信號時，必須去掉微波發(fā)信部分（圖1左邊）虛線內(nèi)的設(shè)備，將數(shù)字調(diào)制器的中頻直接連微波上變頻器。圖1右半邊虛線內(nèi)的設(shè)備用70 MHz轉(zhuǎn)34.25MHz（電視發(fā)射機中頻中心頻率）變頻器代替。

    2 改造實例：

    由于國家地面廣播電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺, 傳輸標(biāo)準(zhǔn)只能選DVB-S或DVB-C?？紤]到DVB-C接收機（機頂盒）頻率范圍與電視發(fā)射機一致，因此，我們選擇DVB-C標(biāo)準(zhǔn)的64QAM調(diào)制方式，傳輸符號率定為6.125Mbaud。試驗地點我們選海拔九百多米的白馬山電視微波站，該站距離寧德市區(qū)20Km，發(fā)射覆蓋范圍除市區(qū)和山區(qū)外，還能覆蓋部分海上魚排養(yǎng)殖區(qū)。因此，選定該站具有一定代表性。

    2.1傳輸與發(fā)射設(shè)備選擇與改造：

    為了便于試驗，我們?nèi)”臼?1GHz數(shù)字微波信號做節(jié)目源，該數(shù)字微波采用單載波多路復(fù)用QPSK調(diào)制方式， 傳4套電視和4套廣播節(jié)目數(shù)字，傳輸符號率為17Mbaud。傳輸系統(tǒng)見（圖2）

    2.1.1傳輸與發(fā)射設(shè)備選擇

    圖2左邊設(shè)備安裝在寧德電視臺機房，QPSK解調(diào)器型號為：CHINC1 10KD01； QAM調(diào)制器型號為：CHINC 10K502；微波發(fā)信機型號為： WSF8-06。圖2右邊設(shè)備安裝在白馬山微波站機房， 8GHZ/34.25MHZ變頻器和34.25MHz中頻AGC信號放大器是定做的；電視發(fā)射機型號為： GSZ-3/5型7頻道；機頂盒型號為：DBC2100B。

    2.1.2 微波設(shè)備改造：

     (1) QAM信號通過 WSF8-06微波發(fā)信機的限幅中放會產(chǎn)生畸變，因此，必須去掉限幅中放， QAM調(diào)制器中頻輸出直接與微波發(fā)信機的功率中放聯(lián)接。

    (2) WSF8-06微波機本振源采用介質(zhì)振蕩，雖說頻率穩(wěn)定度和數(shù)字機同一數(shù)量級，但數(shù)字微波對本振源的相位噪聲有嚴(yán)格的要求，該噪聲是逐站迭加，特別對于長距離，多站接力的微波電路，這一指標(biāo)不容忽視。因此，需將普通介質(zhì)振蕩器改成鎖相環(huán)介質(zhì)振蕩器。

    (3)電視發(fā)射機的輸入中頻為34.25MHz，而微波收信機的輸出中頻為70MHz，從信號傳輸質(zhì)量和設(shè)備可靠性考慮，我們另外定做了由 8GHz變?yōu)?4.25MHz的下變頻器和AGC放大電路組成的接收部件代替WSF8-06微波收信機（見圖3）。

    圖3中下變頻器增益為15dB，AGC電路增益為(30-50)dB，阻抗為50Ω，功率模塊BGX885增益為17dB，最大輸出電平60 dBmV㏒,輸出電平10dB可調(diào)。AGC電路保證微波輸出電平不受傳輸衰弱影響。

    2.1.3電視發(fā)射機改造：

    考慮到數(shù)字電視信號功率平均分布整個頻道內(nèi)，發(fā)射機的末級功放的平均功率比峰值功率低得多，為了提高發(fā)射功率，對北廣7頻道50W電子管電視發(fā)射機進行固態(tài)化改造，即用增益為20dB的300W固態(tài)功放模塊替代發(fā)射機的電子管功放。該功放板采用飛利浦BLF278功率場效應(yīng)對管組成甲類放大電路，每管靜態(tài)工作電流為2A，最大輸出功率達300瓦。開關(guān)電源輸出DC50V（10A）帶過流過壓保護。具體做法如下：

    (1)打開電子管電視發(fā)射機后門，將300W功放模塊散熱風(fēng)扇和開關(guān)電源固定在合適的位置。

    (2) 發(fā)射機改裝后，原機電控系統(tǒng)不能用，信號線也須改接，因此，必須重新布線。發(fā)射機的信號線接法比較容易，只要將發(fā)射單元輸出接300W功放模塊輸入，功放模塊輸出接電視發(fā)射機定向耦合器即可。改裝后電視發(fā)射機僅需單相供電，原機的三相穩(wěn)壓電源可不用。電視發(fā)射機的發(fā)射單元供電為直流24V，接線時只要找到24V穩(wěn)壓電源單元CZ插座的8、9腳并將它們與原機接線剪斷， 220V電源進線直接與8、9腳接（9腳接零線，8腳接火線）；開關(guān)穩(wěn)壓電源進線經(jīng)裝在功放散熱器上的65℃熱繼電器（功放過熱保護）常閉接點接220V電源；散熱風(fēng)扇電源進線經(jīng)裝在功放散熱器上的45℃熱繼電器（功放溫度高于45℃風(fēng)扇工作）常開接點接220V電源，總電源進線應(yīng)裝空氣開關(guān)和漏電保護器（見圖4）。

    (3) 傳輸系統(tǒng)幅頻特性將影響QAM信號的傳輸質(zhì)量，因此，改裝后必須對系統(tǒng)的幅頻特性進行調(diào)整，確保發(fā)射機帶內(nèi)不平坦度小于0.5dB。

    3 試驗結(jié)果：

    為了對微波傳輸和電視發(fā)射系統(tǒng)做些定量分析，我們以實際信號做測試源，用意大利樂華DL4模擬和數(shù)字頻譜儀測試，對QPSK解調(diào)機和QAM調(diào)制器以及各傳輸單元的輸出指標(biāo)做了多次測試、經(jīng)過分析從中挑選有代表性的數(shù)據(jù)如下：

    3.1信號源的有關(guān)數(shù)據(jù)：

    表1 QPSK解調(diào)器和QAM調(diào)制器:

    表中：電平代表數(shù)字多路復(fù)用平均功率；MER為調(diào)制誤差比；BER為誤碼率

    （1） 從上表中數(shù)據(jù)可見QPSK調(diào)制信號的載噪比為18dB，比QPSK解調(diào)接收機門限電平5.5dB高12.5dB；誤碼率<1×10-6比臨界誤碼率2×10-4將近高出兩個數(shù)量級 ,可見信號源質(zhì)量還不錯。

    （2） 64QAM接收機門限為28dB、臨界BER為1×10-4， QAM調(diào)制器載噪比為37.5dB，給傳輸系統(tǒng)留有9.5dB余量。

    3.2為提高傳輸C/N，微波功率放大器都工作在臨近飽和狀態(tài)，現(xiàn)在用來傳輸QAM數(shù)字信號，必須采用功率回退法降低輸出功率，以保證數(shù)字信號正常傳輸。表2是我們通過多次試驗得出中結(jié)果。

    表2不同微波發(fā)信功率對應(yīng)的34.25MHz下變頻器輸出數(shù)據(jù)：

    從表2 可以看出：對于WSF8-06微波收發(fā)系統(tǒng)，功率回退系數(shù)可在（14-20）dB之間選定。本試驗選17dB即微波發(fā)信功率為20 mW。

    3.3 對于發(fā)射機功放，同樣也存在功率回退系數(shù)選定的問題。表3 是不同輸入功率所對應(yīng)的電視發(fā)射機輸出數(shù)據(jù)，從表中可以看出電視發(fā)射機輸出功率小于50 W時，指標(biāo)較為理想。功率回退系數(shù)可在（3-10）dB之間選定。本試驗選10dB即電視發(fā)射功率為30W。

    表3電視發(fā)射機輸出數(shù)據(jù)：（檢測電平為定向器耦合輸出電平）

    3.4在白馬山機房，我們按要求設(shè)定好接收機（機頂盒）參數(shù)，用單根電線做天線就能正常開路接收。到寧德市區(qū)必須用折合半波振子天線才能穩(wěn)定接收。

    表4開路接收數(shù)據(jù)：（接收天線為三單元八木天線）

    以上測試數(shù)據(jù)可以看出，模擬微波傳輸64QAM信號時，只要發(fā)信功率小于60mW指標(biāo)即能滿足要求，這點我們也可以通過系統(tǒng)指標(biāo)來驗證，WSF8-06微波發(fā)信機的鏈加權(quán)S/N≥75dB，考慮18dB調(diào)頻改善系數(shù)，所以微波傳輸信號C/N ≥57dB。同樣的鏈路，若傳輸64QAM正交幅度調(diào)制數(shù)字信號，只要 C/N≥28dB就能得到很好的圖像質(zhì)量，可見，模擬調(diào)頻微波與64QAM數(shù)字微波相比，門限也相差29dB，對于發(fā)信功率為1W（30dBm）的WSF8—06微波機，即使發(fā)信功率降為50mW（17dBm），接收門限還有12dB余量。且大多機頂盒工作于64QAM模式時，實際門限也只有24dB，因此，模擬微波改傳數(shù)字信號后，實際門限余量將大于16dB。我們實際使用時，發(fā)信功率只有20mW（13dBm）。電視發(fā)射機最大功率為300W，傳數(shù)字信號時，發(fā)射功率不能大于30W。

    除做固定測試外，我們還先后將接收設(shè)備放置在船和車上，在海上和公路做移動接收試驗，接收地點只要能看見白馬山，接收電平在50 dBμV左右，都能正常接收。不過從開路接收數(shù)據(jù)來看，由于存在多徑接收和各種干擾，機頂盒對接收信號電平和C/N值要求較高。該系統(tǒng)從2003年2月開始投入運行至今，一直穩(wěn)定。

    4 結(jié)論：

    模擬電視傳輸發(fā)射設(shè)備經(jīng)過改造可以傳輸數(shù)字壓縮電視節(jié)目，隨著數(shù)字壓縮編碼器和機頂盒成本的降低，可以應(yīng)用于以下幾個方面：

（1） 將模擬微波傳輸系統(tǒng)改造為數(shù)字電視傳輸?shù)闹鞲删€或備份；
（2） 改造模擬電視發(fā)射機用于發(fā)射數(shù)字信號，做為有線數(shù)字電視的補充和延伸；
（3）解決開路電視接收節(jié)目套數(shù)少的難題；
（4）解決海上魚排養(yǎng)殖區(qū)看不到電視節(jié)目的問題。

附：作者簡介
蘭  晶   寧德市電視轉(zhuǎn)播臺 副臺長 高級工程師
陳新權(quán)   寧德市電視微波站 站長 工程師
王永輝   寧德市電視微波站  機房主任