浅析地面数字电视发射系统信号失真问题

摘要 文章系统归纳总结了引起地面数字电视发射系统信号失真的具体原因，探讨了改善电视发射系统信号失真问题预校正功能的作用和发展空间，并对当前存在的技术和研究热点做了简单分析。

关键词 信号发射；信号技术；数字电视

中图分类号TP3 文献标识码A 文章编号2095—6363（2017）03—0067—02

目前，被国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）采纳的地面数字点数传输标准有美国高级电视系统委员会标准（Advanced Television Systems Committee，ATSC）、欧洲的数字视频地面广播标准（Digital Video Broadcasting Terrestrial，DVB-T）和日本的地面综合业务数字广播标准（Integrated Service Digita]Broadcasting Terrestrial，ISDB T）。我国的地面数字多媒体广播标准（Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting，DTMB）在2011年被ITU接纳成为地面数字电视D系统。

我国地面数字电视广播凭借信息安全性高、方便携带、抗干扰强以及覆盖广等优势在近年来日益显现其重要性，成为人民群众必不可少的电视传播途径。而地面数字电视广播系统的核心就是数字电视发射系统，它的质量直接影响电视广播的覆盖和信号效果，因此，探讨影响数字电视发射系统信号失真的原因，具有重要意义。而功率放大器是组成数字电视发射系统中最重要的部分，其作用就是把激励器所产生的射频信号进一步放大，经放大后获得足够的射频功率，把信号馈送到天上去。在理想情况下的功率放大器，其输出信号和输入信号应当一致，即波形相同。然而在实际中，输出信号却无法与输入信号完全一致，这种现象称为失真。即主要是功率放大器造成了发射系统中信号失真，下面探讨功率放大器信号失真的原因。

1功率放大器信号失真问题分析

在发射系统中常见的失真类型有2种：分别是线性失真（Iinear distortion）和非线性失真（nonlinear distortion）。

1.1线性失真

传输的信号有3个主要特性：频率、幅度和相位。只有这3个因素都正确，信号才能被完美地再生和体现，而不会出现所谓的失真。常见的线性失真的原因有以下几种：1）功率放大器运作时有不同的电容相互影响，导致对输入信号产生不同程度的增益与相位，即功率放大器的频率特性不良好干扰了信号传播；2）发射链路中各级滤波器的带内不平坦造成的线性失真；3）即使信号在不同频率的幅度相应是正确的，但如果整个发射链路中不同频率的群延时不相等，也会导致线性失真。所谓群延时，就是系统在某频率处，相位相对于频率的变化率。群延时的指标也经常用来表征系统线性失真的程度；4）整个发射链路中各个模拟器件之间的连接可能存在阻抗不匹配的现象，这些阻抗不匹配会导致器件之间的信号反射，从而引起带内频谱波动，产生线性失真。

信号线性失真虽然没有产生新的频率分量，但是产生的相应幅度失真、相位失真和群延时失真等问题，从而影响发射信号质量，损耗发射功率，降低发射效率。直接测量线性失真度往往需要专业的、带有解调功能的精密测试仪器才能进行，因此为了降低现场操作的不便性，在实际中常常通过发射机关键指标来衡量线性失真的程度，例如通过带内平坦度和调制误差率两个指标。当输出信号的射频指标能够满足包括带内平坦度和调制误差率在内的标准要求时，往往就认为输出信号的线性失真在可允许的范围内。这样的简化操作既在合理的基础上对降低发射系统线性失真提出了量化要求，也简化了对日常的监测和测量设备的要求，具有积极可靠的现实意义。

1.2非线性失真

非线性失真即功率放大器中的输入与输出信号不是呈现线性关系，最终导致输出的信号有新的射频成分，源信号的频率改变。常见的非线性失真的原因有以下几种：1）模拟器件本身的非线性特性导致非线性失真，常见的是功率放大器工作时的位置设置不当的静态工作等位置设置不合适或者输入信号过大有关；2）生产厂商为了提高功率放大器的效率，上调各级的放大器的输出功率，忽略了其线性度，当信号比较高时很容易造成非线性失真。

非线性失真的危害主要集中在2个方面，一是会造成相邻的信号道干扰，也会使得带外频谱重生。二是造成信号质量差，误差矢量增大，因为有效带宽内的信号互调失真。而解决线性度和工作效率之间的矛盾的一般方法是常用的功率回退法。这种方法是通过将放大过的功率回退，恢复原来的线性，但是也使得工作系统的效率降低。同时，该方法存在比较多的缺点，例如相关的设备成本大大增加，有时为发射系统成本的1/3左右。其无法充分利用电源，浪费了很多电能和部分功率放大器，也不符合环保理念.

2预校正方式的作用

2.1预校正

所谓的预校正就是提前对进入的输入信号进行幅度与相位的预演，假设在已经失真的情况下进行的一种抵消整个发射链路的失真的一种操作方式。也可以把预校正看作一个能够抵消功率放大器以及其他部件产生的线性失真与非线性失真的一个器件，这样一来会使得预失真器件在内的整个发射链路成为一个完美的线性系统，输入信号可以完美的放大，发射出去的信号更为优质。在2008年颁布的标准GY/T229.2—2008中也要求对该器件必须具有线性和非线性预校正功能。

2.2预校正的缺点

预校正技术真正实施很难，因为模拟预校正会受到来自自身的白增福效应以及功率放大器里面的更高的高阶非线性特性约束，而低阶预演的模拟失真必然会导致高阶线性非特性的产生，无论低频中频或者高频，后接入的混频器和滤波器都会有时间上的延迟，这些都会对预校正的结果产生影响。

总之，预校正技术存在实际操作复杂、难以调控、准确度差等缺点，在实际操作中还会由于其他因素产生干扰，应用还不成熟，这也限制了其推广与应用。

2.3预校正的发展探讨

相比较模拟预校正技术措施，数字基带预校正有很多的优点，它的操作模式是在信号进入放大功率器之前，对要输入的信号进行预先的反向失真，这样可以在数字化范围进行数字信号处理，避免了模拟预校正技术的自身增益效应，从而能很好的处理线性和非线性失真。数字基带预校正只需要使用少量的器件，成本低，其次该技术并不依赖于系统的工作频率，更不涉及模拟校正技术那样的复杂信号处理，均转换为数字化操作，方便调控，精度高，而其稳定性相比以前的技术却要高得多。

因此，数字基带预校正技术会是将来数字电视信号发射系统发展的必经之路，尤其是新发展的自适应预校正算法，減少了人力的浪费，而其由于是能够随放大器变化的随机模型，因此对具有记忆功能的功率放大器同样可以进行校正。现在学着研究热点集中在神经网络预失真、DSP自适应算法等领域。

3结论

预校正技术大大改善了线性与非线性失真的状态，同时也提高了功率放大器的效率后，即在相同条件下能发射更大的功率，明显改善了信号质量和覆盖效果。另外，预校正功能大大降低了设备成本和人力成本，电能的利用率大大提升，符合能源绿色环保理念，必将开创一个新的世界。

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