廣播電視微波數(shù)字化設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)

文丨熊偉頡

（重慶廣播電視集團(tuán)（總臺），重慶沙坪壩 401147）

1 發(fā)射機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

針對發(fā)射機(jī)的功能，其主要組成是調(diào)制設(shè)備、中頻放大設(shè)備、混頻設(shè)備、邊帶選擇設(shè)備、功率放大設(shè)備、發(fā)射機(jī)輸出濾波器、分路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。其中混頻設(shè)備主要通過本地振蕩設(shè)備來完成。下面就其中幾個設(shè)備的技術(shù)要點(diǎn)分別闡述。

1.1 調(diào)制元件

數(shù)字調(diào)制的過程是復(fù)雜的，其含義是豐富的。如何將二進(jìn)制序列進(jìn)行優(yōu)化處理并轉(zhuǎn)換為中頻信號和射頻信號是數(shù)字調(diào)制的目的。數(shù)字調(diào)制首先要進(jìn)行的是信號處理，接下來是頻譜形成，最后是信號的映射和信號的調(diào)制?？v觀同步數(shù)字體系歷史，通過對冗余比特實(shí)現(xiàn)進(jìn)入多狀態(tài)信號的空座中，編碼調(diào)制的技術(shù)是運(yùn)用范圍最廣的同時能實(shí)現(xiàn)編碼和調(diào)制合成的技術(shù)，特別能降低功率與頻譜的耗散比，因?yàn)樗軐σ恍┙嚯x符號點(diǎn)取得比普通技術(shù)更好的效果。

1.2 中頻信號放大元件

在調(diào)制器件的基礎(chǔ)上，信號已經(jīng)完成調(diào)制。在完成調(diào)制的基礎(chǔ)上，為了后續(xù)設(shè)備的順利處理，需要放大器件的先行工作。

1.3 振蕩器元件

本地振蕩器產(chǎn)生一定射頻范圍內(nèi)的的振蕩信號在中頻信號混頻器進(jìn)行混頻，進(jìn)一步產(chǎn)生的微波信號，這些信號用來發(fā)送。本地振蕩器對低噪聲的穩(wěn)定頻率的要求高于基本的功率電平。因此針對同步數(shù)字微波系統(tǒng)中，比較常用的是頻率合成器或媒體穩(wěn)定的鎖相振蕩器。針對混頻發(fā)射器，為防止本地振蕩泄露或者雜散的出現(xiàn)，通常宜考慮選用一個平衡混合器，以實(shí)現(xiàn)其后面進(jìn)一步選用的邊帶濾波器可以產(chǎn)生協(xié)助處理作用。

1.4 功率放大元件

因?yàn)榛祛l發(fā)送器輸出的信號普遍較弱，為了達(dá)到所需的電平，必須將這些信號利用功率放大元件進(jìn)行進(jìn)一步放大。常用的FET放大元件主要針對射頻功率而其作用。同步數(shù)字體系系統(tǒng)高狀態(tài)調(diào)制模式的特點(diǎn)，要求放大元件的線性度較好，為達(dá)到線性度的較高水平，預(yù)失真方式一種較常用的補(bǔ)償方法。在轉(zhuǎn)播過程非異常的情況下，具有自動發(fā)信特性的功率控制技術(shù)仍然能夠控制好輸出功率，由于微波功率得到了放大，天線可以把微波射頻信號傳輸出去，流入下一站的處理過程。

1.5 具有自動發(fā)信特性的功率控制關(guān)鍵技術(shù)

微波接力系統(tǒng)在該種關(guān)鍵技術(shù)的幫助下能夠較好完各項(xiàng)成工作，但如果固定條件的情況與微波發(fā)射機(jī)相反，其輸出的工作頻率具有變化的特征，表現(xiàn)為具有最大最小值以及正常值。在絕大多數(shù)工作中，發(fā)射機(jī)發(fā)射工作的輸出頻率一般是正常值，而當(dāng)信號衰弱出現(xiàn)在遠(yuǎn)端的信號接收機(jī)時，發(fā)射機(jī)發(fā)射工作的輸出頻率會進(jìn)入到最大值的工況。對反饋配置中的發(fā)射機(jī)，可以通過控制來自于反向通信業(yè)務(wù)信息，再分析接收機(jī)的中頻部分電壓以獲得信號之間的差異性，比較這些差異化信號與與基準(zhǔn)電壓的區(qū)別，從而建立此基準(zhǔn)和自動發(fā)信功率控制技術(shù)門限的直接關(guān)聯(lián)。而對于場效應(yīng)管放大設(shè)備的輸出功率電平，可以通過自發(fā)射側(cè)經(jīng)過處理的誤差信號進(jìn)行控制。該技術(shù)的利用，可以充分有效降低高功率放大元件的功率耗散，縮短FET功放的失效時間均值，消除接收機(jī)上可能出現(xiàn)的信號減弱，改善鄰近波道之間不必要的干擾。具有自動發(fā)信特性的功率控制技術(shù)通常分為兩種，一種是漸變型，是指接收電平在兩個門限之間，發(fā)信機(jī)的功率是逐漸發(fā)生變化的；另一種是突變型，是指在接收機(jī)設(shè)備上設(shè)置的啟動門限閥值會影響發(fā)射設(shè)備的輸出功率。當(dāng)接收機(jī)所獲取的信號電平低于閥值時，會促發(fā)發(fā)射設(shè)備的輸出的功率處于較高水平，而而當(dāng)接收機(jī)的信號電平再次上升至某設(shè)定的閥值時，發(fā)信機(jī)的輸出功率則會重新下降至在低電平狀態(tài)。

2 接信機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)字化元件

數(shù)字化設(shè)備在廣播電視轉(zhuǎn)播體系中占據(jù)了絕對的主導(dǎo)地位。對于天線接收到的微波信號，一般由微波接收機(jī)實(shí)現(xiàn)處理工作，即利用濾波器進(jìn)行濾波過程而后剔除無效的信號數(shù)據(jù)，讓有效的信號數(shù)據(jù)進(jìn)入放大元件進(jìn)行前置射頻放大處理。在混頻器件的作用下，將本地振蕩信號與從天線傳輸來的信號實(shí)現(xiàn)差頻變化，其結(jié)果是中頻信號，再將這些中頻信號通過具有增益調(diào)整功能的放大器放大，這種情況下，即使在信號數(shù)據(jù)有衰弱的情況下，輸出電平功率的有效性仍然可以得到保證。

2.2 解調(diào)元件

為了實(shí)現(xiàn)載波恢復(fù)循環(huán)解調(diào)的效果，需要用到作為廣播微波數(shù)字化設(shè)備的核心器件——解調(diào)元件。壓控振蕩器和鑒相器作為兩大部件組成了解調(diào)設(shè)備，兩者的配合工作不僅可以產(chǎn)生相干解調(diào)所需的載波，還可以對相差體現(xiàn)正交特性的載波進(jìn)行循環(huán)解調(diào)。

2.3 具有自適應(yīng)特性的均衡性元件

在廣播電視微波系統(tǒng)中，往往需要對多路徑衰弱引起的信號不真實(shí)現(xiàn)象進(jìn)行有效補(bǔ)償，或者需要縮短信號的中斷時間，這些工作由具有自適應(yīng)特性的均衡性元件來完成。均衡性元件有不同的工作頻率，常用的有兩種。一種是帶通均衡元件，該種元件一般在接收機(jī)頻率中等的工況下工作，充當(dāng)頻域均衡器，以實(shí)現(xiàn)信道傳遞函數(shù)的控制；另一種是基帶均衡元件，在時域工況下運(yùn)行，直接減少因?yàn)椴焕硐雮鬟f函數(shù)產(chǎn)生的符號間干擾。

3 天線系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

高在線效率、低旁瓣電平、高交叉極化鑒別率、低電壓駐波比和寬工作頻帶是微波系統(tǒng)對天線的基本要求。天線與微波收信機(jī)、發(fā)信機(jī)的可靠連接通過饋線來實(shí)現(xiàn)，在4～15 GHz 頻段范圍內(nèi)，鑒于饋線布局和安裝的便利性，現(xiàn)今廣泛選用橢圓軟波道為饋線，橢圓波導(dǎo)、橢矩變換、密封節(jié)、充氣波道段四個方面組成整個系統(tǒng)。同時需要注意的是為，饋線中必須充滿干燥空氣，以保護(hù)饋線。

在同步數(shù)字體系微波系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)性能最核心的因素是多徑傳播引起的頻率選擇性衰落，它直接對接收電平產(chǎn)生降低影響，從而使得載噪比例和載波干擾比例也出現(xiàn)降低。此外，頻譜的不真實(shí)性直接帶來脈沖波形的不真實(shí)性，由此產(chǎn)生的碼間干擾，最終使得所恢復(fù)的載波相位之差和定時相位的抖動。

分集接收是有效降低多徑衰落不利影響的關(guān)鍵手段之一，即有效提高微波的傳輸質(zhì)量。為獲得良好的信號數(shù)據(jù)，分集關(guān)鍵技術(shù)對特性不同的信號進(jìn)行切換或者合成。分集關(guān)鍵技術(shù)根據(jù)使用天線、路由、時間等因素分為多種，如空間分集、路由分集、時間分集等。下面簡要敘述空間分集和頻率分集技術(shù)。

3.1 空間分集

基于兩個或多個垂直間隔分布的天線的輔助下進(jìn)行接收，是該技術(shù)的特點(diǎn)。需要說明的是，只有保證天線之間擁有足夠的空間距離，才能凸顯因多路徑衰衰減引起的信號的不同操作間的不相關(guān)性。接收天線間的電波傳播路徑往往不一致，因此衰弱不會給信號帶來明顯的影響，空間分集的這一特性，對于接受功率減弱以及信號不真實(shí)性的弊端，可以得到有效改善。

3.2 頻率分集

基于不同的頻率出現(xiàn)的衰弱的不相關(guān)性，該項(xiàng)技術(shù)同時選用兩個或者多個具有差異的頻率對同一個信號進(jìn)行傳輸，而在接收端進(jìn)行甄選，處理較好的信號，這種分集技術(shù)對整個系統(tǒng)的改善作用是十分有效的。

在技術(shù)升級和改造的基礎(chǔ)上，微波數(shù)字設(shè)備已被廣泛運(yùn)用到廣播電視系統(tǒng)，鑒于這些設(shè)備技術(shù)性能的優(yōu)異特性，完整的廣播電視直播系統(tǒng)可在數(shù)字處理技術(shù)的輔助下實(shí)現(xiàn)構(gòu)建，并且其播放的質(zhì)量和信號傳輸可以得到保證。

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