目前,國內許多地級電視臺都面臨著老的模擬電視發射機更新、改造的問題。南通電視臺也遇到同樣的情況,南通臺目前有五個頻道,各個頻道的主備機都是電子管發射機,其中,10CH、12CH米波發射機是70年代末的產品,16CH、22CH、28CH的主備機是90年代初的產品。由于南通地處沿海,空氣中的水份、鹽份、灰塵比較多,使得一年中發射機腔體的清洗次數比較多,機器的穩定性比較差。尤其是10CH、12CH米波發射機,由于它們是70年代末的產品,經過20多年的運行,發射機腔體內壁氧化嚴重,簧片已失去彈性,機器呈現整體性老化,設備的完好率下降,故障率近年來明顯上升,對安全播出構成很大威脅。再加上有些元器件、部件已無法從原生產廠家和市場上采購到,雖然我們有時也采用替代品“應急”,但仍無法從根本上解決問題。因此,要保證發射機的安全播出,就必須對陳舊的機器進行部分改造或整體更新。目前恰逢數字電視地面廣播需要啟動而其制式尚未確定和頒布的敏感和不確定時期,因此,對于需要進行發射機更新、改造的南通臺來說,擺在面前有許多問題:是等制式確定后再開始,還是現在購買可升級到數字發射機的機型?是直接購買進口主流電視發射機,以后進行數字化升級改造,還是選購國產的純模擬電視發射機,等制式確定后再購買全新的數字發射機。面對這些問題。南通電視臺從去年開始對發射機的升級、改造技術方案進行調研、論證,下面談一下我們對這些問題的一些觀點,供業內人士參考。
一 更新發射機需考慮的一些因素
1.經濟因素。南通臺是一個中等規模的地級電視臺,每年的廣告收入約在5000萬元左右,一年內用在人員工資、獎金、新聞采訪、欄目制作、攝錄設備的購買和其它事業發展上的費用就占了年收入的90%以上,而發射機的更新、改造又需較大的投入,因此,更新發射機的方案首先必須考慮整個臺的經濟承受能力,并且應有一個長期的規劃,逐步推進。
2.數模共存的因素。我國的模擬電視向數字電視的過渡不可能在很短的時間內完成。對中央臺一套、省臺一套來說,由于它們起著黨和政府喉舌的功能,考慮到一些低收入家庭的經濟承受能力,因此,它們的數模共存期可能要長些。尤其是中央電視臺一套一定會堅持到數模共存的最后時刻。而對地級電視臺的自辦頻道來說,數模共存期可能要短些。因此,在考慮發射機更新、改造時應考慮到這些因素,對各個頻道發射機更新改造的先后次序要做到心中有數。
3.技術因素。對數字發射機來說,最基本的要求是功率放大器應有足夠高的功率增益、良好的線性、寬闊的動態范圍;要求發射機應有足夠高的頻率精度和頻率穩定度、低的相位噪聲,以保證被發射的信號具有盡可能低的誤碼率和高的信噪比。目前,國內模擬電視發射機主要有電子管發射機、速調管發射機、全固態發射機等幾種類型,這幾種類型中,除了因速調管發射機的線性差、效率低而不適合用作數字發射機外,電子管發射機、全固態發射機通過適當的技術改造都能組成數字電視發射機。其中,以電子管發射機的線性最好,全固態發射機的可靠性最高。
由于電子管(四極管)使用數千伏的高壓,限制了其可靠性的提高,而全固態的可靠性遠高于前者。國產的第一臺數字發射機由于中頻校正技術仍采用原來模擬發射機的折線式校正電路,為了滿足數字發射機的線性要求,末級功放仍采用單級電子管功放。而現在,先進的中頻校正技術,如:數字實時自動校正技術、多點折線式校正技術等,使得全固態發射機已經滿足了數字發射機的線性要求。對地級電視臺來說,由于發射機不需要很大的發射功率,全固態發射機的高可靠性和可維護性使得它成為首選的發射設備。
值得一提的是,全固態發射機也有單通道、雙通道之分,而只有單通道發射機可用作數字發射機,雙通道發射機不適合用作數字發射機。這是因為數字發射機的輸入信號是將視頻信號和音頻信號(DVB格式)按MPEG標準進行編碼壓縮,并與其它數據信息復用打包后形成MPEG傳輸數據流(TS流),因此,信號傳輸時只需一個傳輸通道。如需把雙通道發射機改造成數字發射機,需作比較大的改造(視音頻固態功放通用的改造要小些),改造后將損失非常可觀的數字平均功率。因此,選擇發射機機型時盡可能選擇單通道機型。
二 電視發射機的發展動態
1.數字發射機的主要特點及相關技術
目前,國際上一些電視發射機廠家紛紛推出新一代的數字發射機,如:Harris、NEC、R&S、Thales等。下面以R&S公司的NH/NV7000為例,談一下數字發射機的主要技術特點:(1)采用LDMOS(橫擴散金屬氧化物半導體)管放大技術。功率放大器(PA)采用LDMOS管與采用雙極性管和MOS場效應管相比具有增益高、線性好的特點。LDMOS管的增益可達14dB以上,采用LDMOS管的功放模塊增益可達60dB左右。(2)PA模塊的頻率范圍寬。PA模塊的頻率范圍為470~860MHz,對DVB-T和ATSC兩個系統都適用。需要指出的是,由于VHF波段(還有UHF波段的低端)的脈沖噪波嚴重,對COFDM系統極為不利,故歐洲的DVB-T系統的工作頻段主要放在550~750MHz。(3)數字激勵器技術。數字激勵器主要包括編碼器、數字預校正、調制器、頻率合成器、控制器單元等。
對DVB-T系統來說,對于視頻信號采用標準的MPEG-2壓縮編碼;對音頻信號采用MPEG-1 Layer Ⅱ第二層音頻編碼,也稱MUSICAM。音頻的編碼壓縮系統利用了聲音的低音頻譜掩蔽效應,對于人耳不太敏感的頻率進行低碼率編碼,大大地降低了音頻編碼速率。R&S公司的DVB-T編碼器集成在一個模塊中,有4個物理的ASI接口,成對使用;編碼器可自動設置編碼方式,為分層調制作準備;對非分層編碼的兩條通道可選做主備通道;編碼器能用于多頻網和單頻網,對單頻網有一個GPS接收器。
對ATSC系統來說,信源編碼中的視頻編碼和復用部分均采用了MPEG-2標準,均為TS流接口;音頻部分則采用了杜比(Dolby)AC-3環繞立體聲編碼。R&S公司的ATSC編碼器包括數據隨機發生器、糾錯編碼器、數據交織器、格形編碼器、復用和導頻插入等。
對于數字發射機來說,性能優良的中頻非線性預校正電路將極大地改善采用AB類功放的發射機性能,提高發射機效率。目前,進口數字發射機采用較多的中頻非線性預校正技術有多點折線校正技術、前饋校正技術、全數字實時校正技術等。
2. 進口全固態發射機的發展情況
為了適應各個國家開始正式啟動的地面數字廣播,國外一些主流發射機生產廠商紛紛推出兼容模擬及數字的電視發射機。下面仍以R&S公司的NM/NH7000系列發射機為例,介紹一下新一代R&S公司的數模兼容全固態電視發射機的主要特點:
(1)激勵器部分采用全數字激勵器,可實現數模兼容,可滿足從地面數字電視標準DVB-T到ET300744和大家熟知的PAL、SECAM和NTSC等各種標準,該系列設備兼容IRT或NICAM立體聲,并可實現美國數字電視標準。它包括以下模塊:模擬電視、DVB-T或ATSC編碼器、調制器、頻率合成器、控制發射機的控制器單元、帶顯示的控制面板、模板和電源。頻率合成器的參考頻率可由內置的GPS接收機或外部模塊提供,在發生故障或錯誤的時候,位于底板上的緊急控制回路可保持發射機正常運行。
(2)功率放大器使用LDMOS技術,效率高、線性好,每塊功率放大器VM/VH602可提供440W DVB功率或2kW同步頂峰值功率,其工作頻率為寬帶方式,功放模塊內包括集成了輸入電平監視器、電平和相位控制器的前置級,AB類推動級和8個AB類放大輸出級。末級放大器采用延緩感光制造技術,由威爾可森濾波器組成功率合成器,該功率合成器帶有用于控制和監視的定向耦合器,且采用不需調整的印刷電路構成,輸出總增益可達63dB。功率電源(PS)在功放模塊內部,如果一個模塊發生故障,智能化控制系統可保證剩余模塊保持原來的電平和工作點,防止其它模塊的過載而相繼損壞。
(3)冷卻系統采用先進的防凍液水冷技術,發射機運行可靠、穩定。冷卻系統包括一個水泵單元,每個發射機機柜都帶有兩臺串聯的水泵,保證了100%的冗余度。為了保證-30℃的溫度下正常工作,每個水泵單元都裝備有一臺3路混合器,以保證入水溫度穩定。每臺水泵的散熱器安裝在發射機機柜外。為了冗余的需要,散熱器裝有兩個風扇,其中一個處于工作狀態,另一個處于備用狀態。
3. 國內全固態電視發射機的發展情況
從國內一些主要發射機生產廠家最近推出的一系列全固態發射機來看,目前,國產的全固態發射機在有的方面也考慮了以后向數字發射機的過渡升級問題。如:10kW功率等級的全固態發射機向單通道方