目前,国内许多地级电视台都面临着老的模拟电视发射机更新、改造的问题。南通电视台也遇到同样的情况,南通台目前有五个频道,各个频道的主备机都是电子管发射机,其中,10CH、12CH米波发射机是70年代末的产品,16CH、22CH、28CH的主备机是90年代初的产品。由于南通地处沿海,空气中的水份、盐份、灰尘比较多,使得一年中发射机腔体的清洗次数比较多,机器的稳定性比较差。尤其是10CH、12CH米波发射机,由于它们是70年代末的产品,经过20多年的运行,发射机腔体内壁氧化严重,簧片已失去弹性,机器呈现整体性老化,设备的完好率下降,故障率近年来明显上升,对安全播出构成很大威胁。再加上有些元器件、部件已无法从原生产厂家和市场上采购到,虽然我们有时也采用替代品“应急”,但仍无法从根本上解决问题。因此,要保证发射机的安全播出,就必须对陈旧的机器进行部分改造或整体更新。目前恰逢数字电视地面广播需要启动而其制式尚未确定和颁布的敏感和不确定时期,因此,对于需要进行发射机更新、改造的南通台来说,摆在面前有许多问题:是等制式确定后再开始,还是现在购买可升级到数字发射机的机型?是直接购买进口主流电视发射机,以后进行数字化升级改造,还是选购国产的纯模拟电视发射机,等制式确定后再购买全新的数字发射机。面对这些问题。南通电视台从去年开始对发射机的升级、改造技术方案进行调研、论证,下面谈一下我们对这些问题的一些观点,供业内人士参考。
一 更新发射机需考虑的一些因素
1.经济因素。南通台是一个中等规模的地级电视台,每年的广告收入约在5000万元左右,一年内用在人员工资、奖金、新闻采访、栏目制作、摄录设备的购买和其它事业发展上的费用就占了年收入的90%以上,而发射机的更新、改造又需较大的投入,因此,更新发射机的方案首先必须考虑整个台的经济承受能力,并且应有一个长期的规划,逐步推进。
2.数模共存的因素。我国的模拟电视向数字电视的过渡不可能在很短的时间内完成。对中央台一套、省台一套来说,由于它们起着党和政府喉舌的功能,考虑到一些低收入家庭的经济承受能力,因此,它们的数模共存期可能要长些。尤其是中央电视台一套一定会坚持到数模共存的最后时刻。而对地级电视台的自办频道来说,数模共存期可能要短些。因此,在考虑发射机更新、改造时应考虑到这些因素,对各个频道发射机更新改造的先后次序要做到心中有数。
3.技术因素。对数字发射机来说,最基本的要求是功率放大器应有足够高的功率增益、良好的线性、宽阔的动态范围;要求发射机应有足够高的频率精度和频率稳定度、低的相位噪声,以保证被发射的信号具有尽可能低的误码率和高的信噪比。目前,国内模拟电视发射机主要有电子管发射机、速调管发射机、全固态发射机等几种类型,这几种类型中,除了因速调管发射机的线性差、效率低而不适合用作数字发射机外,电子管发射机、全固态发射机通过适当的技术改造都能组成数字电视发射机。其中,以电子管发射机的线性最好,全固态发射机的可靠性最高。
由于电子管(四极管)使用数千伏的高压,限制了其可靠性的提高,而全固态的可靠性远高于前者。国产的第一台数字发射机由于中频校正技术仍采用原来模拟发射机的折线式校正电路,为了满足数字发射机的线性要求,末级功放仍采用单级电子管功放。而现在,先进的中频校正技术,如:数字实时自动校正技术、多点折线式校正技术等,使得全固态发射机已经满足了数字发射机的线性要求。对地级电视台来说,由于发射机不需要很大的发射功率,全固态发射机的高可靠性和可维护性使得它成为首选的发射设备。
值得一提的是,全固态发射机也有单通道、双通道之分,而只有单通道发射机可用作数字发射机,双通道发射机不适合用作数字发射机。这是因为数字发射机的输入信号是将视频信号和音频信号(DVB格式)按MPEG标准进行编码压缩,并与其它数据信息复用打包后形成MPEG传输数据流(TS流),因此,信号传输时只需一个传输通道。如需把双通道发射机改造成数字发射机,需作比较大的改造(视音频固态功放通用的改造要小些),改造后将损失非常可观的数字平均功率。因此,选择发射机机型时尽可能选择单通道机型。
二 电视发射机的发展动态
1.数字发射机的主要特点及相关技术
目前,国际上一些电视发射机厂家纷纷推出新一代的数字发射机,如:Harris、NEC、R&S、Thales等。下面以R&S公司的NH/NV7000为例,谈一下数字发射机的主要技术特点:(1)采用LDMOS(横扩散金属氧化物半导体)管放大技术。功率放大器(PA)采用LDMOS管与采用双极性管和MOS场效应管相比具有增益高、线性好的特点。LDMOS管的增益可达14dB以上,采用LDMOS管的功放模块增益可达60dB左右。(2)PA模块的频率范围宽。PA模块的频率范围为470~860MHz,对DVB-T和ATSC两个系统都适用。需要指出的是,由于VHF波段(还有UHF波段的低端)的脉冲噪波严重,对COFDM系统极为不利,故欧洲的DVB-T系统的工作频段主要放在550~750MHz。(3)数字激励器技术。数字激励器主要包括编码器、数字预校正、调制器、频率合成器、控制器单元等。
对DVB-T系统来说,对于视频信号采用标准的MPEG-2压缩编码;对音频信号采用MPEG-1 Layer Ⅱ第二层音频编码,也称MUSICAM。音频的编码压缩系统利用了声音的低音频谱掩蔽效应,对于人耳不太敏感的频率进行低码率编码,大大地降低了音频编码速率。R&S公司的DVB-T编码器集成在一个模块中,有4个物理的ASI接口,成对使用;编码器可自动设置编码方式,为分层调制作准备;对非分层编码的两条通道可选做主备通道;编码器能用于多频网和单频网,对单频网有一个GPS接收器。
对ATSC系统来说,信源编码中的视频编码和复用部分均采用了MPEG-2标准,均为TS流接口;音频部分则采用了杜比(Dolby)AC-3环绕立体声编码。R&S公司的ATSC编码器包括数据随机发生器、纠错编码器、数据交织器、格形编码器、复用和导频插入等。
对于数字发射机来说,性能优良的中频非线性预校正电路将极大地改善采用AB类功放的发射机性能,提高发射机效率。目前,进口数字发射机采用较多的中频非线性预校正技术有多点折线校正技术、前馈校正技术、全数字实时校正技术等。
2. 进口全固态发射机的发展情况
为了适应各个国家开始正式启动的地面数字广播,国外一些主流发射机生产厂商纷纷推出兼容模拟及数字的电视发射机。下面仍以R&S公司的NM/NH7000系列发射机为例,介绍一下新一代R&S公司的数模兼容全固态电视发射机的主要特点:
(1)激励器部分采用全数字激励器,可实现数模兼容,可满足从地面数字电视标准DVB-T到ET300744和大家熟知的PAL、SECAM和NTSC等各种标准,该系列设备兼容IRT或NICAM立体声,并可实现美国数字电视标准。它包括以下模块:模拟电视、DVB-T或ATSC编码器、调制器、频率合成器、控制发射机的控制器单元、带显示的控制面板、模板和电源。频率合成器的参考频率可由内置的GPS接收机或外部模块提供,在发生故障或错误的时候,位于底板上的紧急控制回路可保持发射机正常运行。
(2)功率放大器使用LDMOS技术,效率高、线性好,每块功率放大器VM/VH602可提供440W DVB功率或2kW同步顶峰值功率,其工作频率为宽带方式,功放模块内包括集成了输入电平监视器、电平和相位控制器的前置级,AB类推动级和8个AB类放大输出级。末级放大器采用延缓感光制造技术,由威尔可森滤波器组成功率合成器,该功率合成器带有用于控制和监视的定向耦合器,且采用不需调整的印刷电路构成,输出总增益可达63dB。功率电源(PS)在功放模块内部,如果一个模块发生故障,智能化控制系统可保证剩余模块保持原来的电平和工作点,防止其它模块的过载而相继损坏。
(3)冷却系统采用先进的防冻液水冷技术,发射机运行可靠、稳定。冷却系统包括一个水泵单元,每个发射机机柜都带有两台串联的水泵,保证了100%的冗余度。为了保证-30℃的温度下正常工作,每个水泵单元都装备有一台3路混合器,以保证入水温度稳定。每台水泵的散热器安装在发射机机柜外。为了冗余的需要,散热器装有两个风扇,其中一个处于工作状态,另一个处于备用状态。
3. 国内全固态电视发射机的发展情况
从国内一些主要发射机生产厂家最近推出的一系列全固态发射机来看,目前,国产的全固态发射机在有的方面也考虑了以后向数字发射机的过渡升级问题。如:10kW功率等级的全固态发射机向单通道方