用模拟电视传输发射设备传送数字电视

    【摘要】本文介绍如何改造模拟电视传输发射设备用于传送数字电视，并提供一个改造实例，供同行参考。

    【关键词】调频微波；电视发射机；QAM调制；机顶盒, 数字电视

    随着数字电视技术的发展和电视节目数字传输的商业化，模拟电视逐步转向数字电视。能否改造现有设备用于传送数字电视，以提高电视节目传送质量和频带资源利用率，是一个值得我们探讨的课题。就福建省而言，现有电视微波站362座，微波线路七千多公里；大小电视发射台473座，电视发射机近八百台。这些设备若能改造利用，不仅能加快数字化进，还能节省大量投资。近期我们在这方面做了一些尝试，取得一些可行的经验，供同行参考。  

    1 模拟设备传输数字电视可行性分析：

    数字与模拟电视信号的传输方法都是把调制信号变为中频，然后再搬到相应的工作频段上，接收时，做逆向变频得到中频，中频信号经解调器或数字解调机解调还原信号。可见，数字与模拟电视信号的传输原理是一样的，由于数字与模拟电视信号的调制方式不一样，传输设备也略有不同。但，我们只要对模拟电视传输发射设备做必要的改造，模拟设备也能传送数字电视信号。

    模拟电视传输发射系统如图1所示，调频微波主要用于点对点的远距离电视信号传输，其代表机器有WSF8-06微波收发信机，该机中频为70MHz、带宽为18MHz。电视发射机用于点对面的传输覆盖，工作于米波段或分米波段，中频为37MHz、带宽为8MHz。该系统用来传数字信号时，必须去掉微波发信部分（图1左边）虚线内的设备，将数字调制器的中频直接连微波上变频器。图1右半边虚线内的设备用70 MHz转34.25MHz（电视发射机中频中心频率）变频器代替。

    2 改造实例：

    由于国家地面广播电视传输标准尚未出台, 传输标准只能选DVB-S或DVB-C。考虑到DVB-C接收机（机顶盒）频率范围与电视发射机一致，因此，我们选择DVB-C标准的64QAM调制方式，传输符号率定为6.125Mbaud。试验地点我们选海拔九百多米的白马山电视微波站，该站距离宁德市区20Km，发射覆盖范围除市区和山区外，还能覆盖部分海上鱼排养殖区。因此，选定该站具有一定代表性。

    2.1传输与发射设备选择与改造：

    为了便于试验，我们取本省11GHz数字微波信号做节目源，该数字微波采用单载波多路复用QPSK调制方式， 传4套电视和4套广播节目数字，传输符号率为17Mbaud。传输系统见（图2）

    2.1.1传输与发射设备选择

    图2左边设备安装在宁德电视台机房，QPSK解调器型号为：CHINC1 10KD01； QAM调制器型号为：CHINC 10K502；微波发信机型号为： WSF8-06。图2右边设备安装在白马山微波站机房， 8GHZ/34.25MHZ变频器和34.25MHz中频AGC信号放大器是定做的；电视发射机型号为： GSZ-3/5型7频道；机顶盒型号为：DBC2100B。

    2.1.2 微波设备改造：

     (1) QAM信号通过 WSF8-06微波发信机的限幅中放会产生畸变，因此，必须去掉限幅中放， QAM调制器中频输出直接与微波发信机的功率中放联接。

    (2) WSF8-06微波机本振源采用介质振荡，虽说频率稳定度和数字机同一数量级，但数字微波对本振源的相位噪声有严格的要求，该噪声是逐站迭加，特别对于长距离，多站接力的微波电路，这一指标不容忽视。因此，需将普通介质振荡器改成锁相环介质振荡器。

    (3)电视发射机的输入中频为34.25MHz，而微波收信机的输出中频为70MHz，从信号传输质量和设备可靠性考虑，我们另外定做了由 8GHz变为34.25MHz的下变频器和AGC放大电路组成的接收部件代替WSF8-06微波收信机（见图3）。

    图3中下变频器增益为15dB，AGC电路增益为(30-50)dB，阻抗为50Ω，功率模块BGX885增益为17dB，最大输出电平60 dBmV㏒,输出电平10dB可调。AGC电路保证微波输出电平不受传输衰弱影响。

    2.1.3电视发射机改造：

    考虑到数字电视信号功率平均分布整个频道内，发射机的末级功放的平均功率比峰值功率低得多，为了提高发射功率，对北广7频道50W电子管电视发射机进行固态化改造，即用增益为20dB的300W固态功放模块替代发射机的电子管功放。该功放板采用飞利浦BLF278功率场效应对管组成甲类放大电路，每管静态工作电流为2A，最大输出功率达300瓦。开关电源输出DC50V（10A）带过流过压保护。具体做法如下：

    (1)打开电子管电视发射机后门，将300W功放模块散热风扇和开关电源固定在合适的位置。

    (2) 发射机改装后，原机电控系统不能用，信号线也须改接，因此，必须重新布线。发射机的信号线接法比较容易，只要将发射单元输出接300W功放模块输入，功放模块输出接电视发射机定向耦合器即可。改装后电视发射机仅需单相供电，原机的三相稳压电源可不用。电视发射机的发射单元供电为直流24V，接线时只要找到24V稳压电源单元CZ插座的8、9脚并将它们与原机接线剪断， 220V电源进线直接与8、9脚接（9脚接零线，8脚接火线）；开关稳压电源进线经装在功放散热器上的65℃热继电器（功放过热保护）常闭接点接220V电源；散热风扇电源进线经装在功放散热器上的45℃热继电器（功放温度高于45℃风扇工作）常开接点接220V电源，总电源进线应装空气开关和漏电保护器（见图4）。

    (3) 传输系统幅频特性将影响QAM信号的传输质量，因此，改装后必须对系统的幅频特性进行调整，确保发射机带内不平坦度小于0.5dB。

    3 试验结果：

    为了对微波传输和电视发射系统做些定量分析，我们以实际信号做测试源，用意大利乐华DL4模拟和数字频谱仪测试，对QPSK解调机和QAM调制器以及各传输单元的输出指标做了多次测试、经过分析从中挑选有代表性的数据如下：

    3.1信号源的有关数据：

    表1 QPSK解调器和QAM调制器:

    表中：电平代表数字多路复用平均功率；MER为调制误差比；BER为误码率

    （1） 从上表中数据可见QPSK调制信号的载噪比为18dB，比QPSK解调接收机门限电平5.5dB高12.5dB；误码率<1×10-6比临界误码率2×10-4将近高出两个数量级 ,可见信号源质量还不错。

    （2） 64QAM接收机门限为28dB、临界BER为1×10-4， QAM调制器载噪比为37.5dB，给传输系统留有9.5dB余量。

    3.2为提高传输C/N，微波功率放大器都工作在临近饱和状态，现在用来传输QAM数字信号，必须采用功率回退法降低输出功率，以保证数字信号正常传输。表2是我们通过多次试验得出中结果。

    表2不同微波发信功率对应的34.25MHz下变频器输出数据：

    从表2 可以看出：对于WSF8-06微波收发系统，功率回退系数可在（14-20）dB之间选定。本试验选17dB即微波发信功率为20 mW。

    3.3 对于发射机功放，同样也存在功率回退系数选定的问题。表3 是不同输入功率所对应的电视发射机输出数据，从表中可以看出电视发射机输出功率小于50 W时，指标较为理想。功率回退系数可在（3-10）dB之间选定。本试验选10dB即电视发射功率为30W。

    表3电视发射机输出数据：（检测电平为定向器耦合输出电平）

    3.4在白马山机房，我们按要求设定好接收机（机顶盒）参数，用单根电线做天线就能正常开路接收。到宁德市区必须用折合半波振子天线才能稳定接收。

    表4开路接收数据：（接收天线为三单元八木天线）

    以上测试数据可以看出，模拟微波传输64QAM信号时，只要发信功率小于60mW指标即能满足要求，这点我们也可以通过系统指标来验证，WSF8-06微波发信机的链加权S/N≥75dB，考虑18dB调频改善系数，所以微波传输信号C/N ≥57dB。同样的链路，若传输64QAM正交幅度调制数字信号，只要 C/N≥28dB就能得到很好的图像质量，可见，模拟调频微波与64QAM数字微波相比，门限也相差29dB，对于发信功率为1W（30dBm）的WSF8—06微波机，即使发信功率降为50mW（17dBm），接收门限还有12dB余量。且大多机顶盒工作于64QAM模式时，实际门限也只有24dB，因此，模拟微波改传数字信号后，实际门限余量将大于16dB。我们实际使用时，发信功率只有20mW（13dBm）。电视发射机最大功率为300W，传数字信号时，发射功率不能大于30W。

    除做固定测试外，我们还先后将接收设备放置在船和车上，在海上和公路做移动接收试验，接收地点只要能看见白马山，接收电平在50 dBμV左右，都能正常接收。不过从开路接收数据来看，由于存在多径接收和各种干扰，机顶盒对接收信号电平和C/N值要求较高。该系统从2003年2月开始投入运行至今，一直稳定。

    4 结论：

    模拟电视传输发射设备经过改造可以传输数字压缩电视节目，随着数字压缩编码器和机顶盒成本的降低，可以应用于以下几个方面：

（1） 将模拟微波传输系统改造为数字电视传输的主干线或备份；
（2） 改造模拟电视发射机用于发射数字信号，做为有线数字电视的补充和延伸；
（3）解决开路电视接收节目套数少的难题；
（4）解决海上鱼排养殖区看不到电视节目的问题。

附：作者简介
兰  晶   宁德市电视转播台 副台长 高级工程师
陈新权   宁德市电视微波站 站长 工程师
王永辉   宁德市电视微波站  机房主任