数字广播电视发送系统

数字广播电视发送系统（精选3篇）

数字广播电视发送系统 篇1

前言

数字电视地面广播系统是广播电视体系中的重要组成部分[1]。它与卫星数字电视广播系统与有线数字电视广播系统以及其它辅助系统相互协同提供全面的受众覆盖,是我国广播电视综合覆盖网中重要的部分。

在现有的模拟电视发射台站设立数字电视发送系统时,应尽可能考虑使用已有模拟电视发送系统设备和用户利用原有接收天线的可能性。使用数/模发射台同址时,所选择的数字电视频道应尽量靠近现在使用的模拟电视频道,这样可以利用现有的收发天线,同时避免用户收看数字电视时更换或增加接收天线的麻烦,尽量降低经济投入来开展地面数字广播电视[2]。

使用与模拟电视相邻的频道进行地面数字广播电视时,限制这些频道中的寄生辐射电平很重要。在数字电视频道中的模拟电视寄生辐射对数字电视的接收将造成同频道干扰;在模拟电视频道中的数字电视寄生辐射对现有模拟电视的接收同样造成同频道干扰。由于数字电视抗干扰的能力优于模拟电视抗干扰的能力,特别应该保证数字电视发送系统输出信号,以保证引入邻频道数字电视后不干扰原有模拟电视的接收,这需要设计好发射机的前级,同时进行功放的非线性校正,以避免产生带外辐射,特别是在相邻频道上的寄生辐射。为了减少这种寄生辐射,可在发射机输出端加装滤波器或使用具有选择性的RF功率合成器。

地面数字广播电视如果使用现有的模拟广播电视发射天线,有两种方法:方法一、用多工器完成RF功率合成,此方法适用于高功率主站和二级网络中的发射台;方法二、采用多频道放大器合成,合成的多频道信号由宽带的功率放大器放大,此方法适用于二级网络中的发射台站。[3]

1 使用现有天线

使用现有天线时,地面数字广播电视的频道应该选择在模拟广播电视发射天线所匹配的频率范围内或其附近。这样,模拟和数字广播电视使用相同的发射天线,用户现有的接收天线就不需要改变。但是,在应用邻频道的情况下,必须限制数字广播电视的发射功率,以保护现有的模拟电视广播不受邻频道数字广播电视的干扰,同时所用的天线和馈线的功率容量必须大于总合成功率,总合成功率包括数字和模拟频道的功率。

1.1 RF功率合成

采用多工器完成RF功率合成,将模拟和数字电视发射机的输出信号合成,通过同一馈线送到同一副天线。在模拟和数字频道相邻的情况下,多工器滤除数字电视发射机输出信号中相邻模拟频道上的寄生辐射,从而避免对模拟电视产生同频道干扰。常使用的多工器如图1所示,它由两个3d B耦合器、两个相同的带通滤波器和一个假负载组成。它由一个具有选择性的“窄带”输入端和一个“宽带”输入端,带通滤波器调谐到窄带输入频道上,数字电视广播信号连接到窄带输入端,而模拟电视广播信号连接到宽带输入端。数字广播电视信号通过3d B耦合器分成两路,并通过两个相同的带通滤波器,这两路信号再通过第二个3d B耦合器合成后送给天线。模拟电视广播信号通过3d B耦合器分成两路,这两路信号被滤波器反射回来,并且在同一个3d B耦合器中合成,然后传给天线。被滤波器反射的数字电视广播信号或者滤波器泄漏的模拟电视广播信号都被假负载所吸收。使用滤波器时会导致群时延变化,这是信号损伤的主要来源,这种损伤与滤波器的选择性直接相关,选择性愈好,群时延变化愈大,损伤愈严重,可使用基带预校正来补偿滤波器的群时延变化。

1.2 多频道放大

二级网络中的台站引入数字广播电视频道会遇到与主站类似的问题。常用方法是数字广播电视专门安装新的天线和使用RF多工器,共用原有天线。

在二级网络中的台站常采用的多频道放大技术如图2所示。在功率放大之前合成数字电视广播信号和模拟电视广播信号,通过一个低成本的非选择性合成器实现,从而降低建设费用。它非常适用于小功率的多频道转发器,用来补充覆盖小的区域。

多频道广播电视信号的转发通过以下步骤实现:

1)接收各频道的广播电视信号;

2)将接收到的频道广播电视信号滤波后变频为中频(IF)信号;

3)中频滤波,使用适当的声表面波滤波器滤除频道外的非欲收信号;

4)将中频信号变频为发射频道上的射频(RF)信号[4];

5)低功率频道合成,即将各发射频道上的射频信号合成为一路信号;

6)合成的多频道信号被一个公共的宽带功率放大器放大输出。

功率放大器之前各自的频道处理采用典型的有线电视网络设备来实现,这种技术使频道的合成方法简单、多样并且宜于增加数字频道,方便了数字频道的引入。

2 地面数字电视广播新建天线

首先,在现有的天线塔上为新架设的天线应寻找一个适合的位置,多数情况下,天线塔上受截面限制,现有发射塔的可用窗口对于数字频道天线可能不理想,从而使得构造宽带天线比较困难。在没有大功率RF多工器时,发射机输出端使用专门的滤波器滤除带外的寄生辐射,使用基带预校正来补偿滤波器的群时延变化。使用新设计的天线时,可以形成与模拟电视不同的覆盖区域。天线的带宽和匹配对于地面数字电视广播特别重要,新建天线的带宽和匹配会更好地满足地面数字电视广播的要求[5],但对天线的高技术要求将导致新架设天线的成本较高。

3 结语

数字电视地面广播系统是广播电视体系和我国广播电视综合覆盖网中重要的部分。现有的模拟电视发射台站设立数字发射系统,应考虑尽量使用已有模拟电视发送系统设备,同时用户利用原有接收天线,尽可能降低经济投入来开展地面数字广播电视。在使用与模拟电视频道相邻的频道进行地面数字广播电视时,应限制这些频道中的寄生辐射电平,同时进行功放的非线性校正,以避免产生带外辐射,特别是在相邻频道上的寄生辐射。为了减少这种寄生辐射,可在发射机输出端加装滤波器或使用具有选择性的RF功率合成器。

摘要：在原有模拟发射台站建立数字广播电视发送系统,应尽可能考虑使用原有的模拟电视发送系统设备和用户利用原有接收天线,尽量低的经济投入来开展地面数字广播电视。采用多工器完成RF功率合成、多频道放大器合成,可使地面数字广播电视使用现有的模拟广播电视发射天线。

关键词：数字广播电视发送系统,功率合成,多频道放大,发射天线

参考文献

[1]赵永军.数字电视发射机技术[J].西部广播电视,2006(11)

[2]王斌,祁亮.浅谈广播电视发射台的自动化建设[J].科技创新导报,2011(3)

[3]数字视频广播标准及系统设备广播电影电视部标准化规划研究所编辑出版

[4]ETL1W590TAVE液冷10KW米波Ⅲ波段电视发射机中文操作手册

[5]王文谦,谢鹏飞.广播电视数字微波传输的分析[J].科技风,2008(4)

数字广播电视发送系统 篇2

1 硬件设计

在硬件上, 以Altera公司的Cyclone IV GX系列FP-GA为控制器, 实现数字电视传送流的接收和发送、DDR2 SDRAM缓存的控制, 并且使用FPGA集成的PCI-E硬核实现PCI-E总线接口。在主机端, 开发了Windows 7操作系统下的PCI-E驱动程序和MFC应用程序来测试数字电视传送流数据的接收、发送等功能。

1.1 硬件整体设计

硬件系统的总体设计如图1所示。硬件设计主要分为4部分:1) ASI接口部分, 该部分包括两路ASI接收接口和两路ASI发送接口, 共4路, 分为两组, 每组包含一路接收接口和一路发送接口, ASI接收接口由ASI接收电路和FPGA上的ASI接收器模块 (ASI Receiver) 组成, ASI发送接口由ASI发送电路和FPGA上的ASI发送器模块 (ASI Transmitter) 组成;2) DDR2 SDRAM缓存部分, 该部分由FPGA上的DDR2 SDRAM控制器 (DDR2 SDRAM Controller) 和外部DDR2 SDRAM存储器组成;3) DMA控制部分, 该部分由自定义的逻辑来实现;4) PCI-E总线接口部分, 该部分由Altera公司提供的PCI-E IP硬核实现。

硬件系统的数据传输包括数字电视传送流接收通道和数字电视传送流发送通道两部分。

传送流接收通道:串行传送流经过ASI接收电路进入FPGA, ASI接收器模块对其进行串并转换、解码等操作, 将串行传送流转换为并行码流, 然后存入DDR2SDRAM缓存中。当DDR2 DSRAM缓存中数据达到一定量的时候, 中断产生模块产生中断, PC端的中断服务程序和上层软件通过PCI-E总线接口将缓存中的数据读出。

传送流发送通道:首先PC端软件将一定量的传送流写入DDR2 SDRAM缓存中, 然后ASI发送器模块将缓存中的码流读出进行编码、并串转换等操作, 将并行码流转换为串行传送流, 并通过ASI发送电路发送出去。当DDR2 SDRAM缓存中的数据减少到一定量的时候, 中断产生模块会产生中断, PC端软件检测到中断后再将一定量的传送流写入DDR2 SDRAM缓存中, 如此反复。

1.2 数据缓存

本设计使用DDR2 SDRAM存储器作为数据缓存, 由FPGA硬件逻辑实现对DDR2 SDRAM的控制。缓存部分的设计原理如图2所示, DDR2 SDRAM控制器包含2个写端口和2个读端口, 每个端口通过1个FIFO与DDR2SDRAM控制逻辑连接, 4个端口共享DDR2 SDRAM的带宽, 分时占用DDR2 SDRAM的数据通道。DDR2 SDRAM控制逻辑实现对4个端口的仲裁控制和对DDR2 SDRAM接口的控制, 仲裁控制决定某时刻DDR2 SDRAM数据通道由哪个端口使用。其中, 数字电视传送流接收通道使用写端口1和读端口1, 发送通道使用写端口2和读端口2。本设计实现了2个传送流输入接口和2个传送流输出接口, 4个接口分为两组, 使用两片DDR2 SDRAM存储器。

1.3 PCI-E IP硬核介绍

系统选用Cyclone IV GX系列的FPGA, 它内嵌了一个PCI-E硬核模块, 符合PCI-E Base Specification V2.0标准, 支持×4通道, 单向链路速率可达到8 Gbit/s[2]。

PCI-E IP硬核结构如图3所示, 其功能模块分为事务层、数据链路层、物理层3部分。事务层主要负责事务层数据包 (TLP) 的接收、缓存和发送, 事物层接口既可以使用Avalon-ST接口, 又可以使用Descriptor/Data接口。数据链路层位于事物层和物理层之间, 作用是保证数据包完整性, 提供了CRC检测和恢复、DLLP的生成与拆解等服务。物理层位于最底层, 分为MAC层和PHY层:MAC层通过链路训练与状态指示状态机完成链路初始化、训练以及维护工作, 实现了扰码与解扰码功能;PHY层实现了8B/10B编码与解码、弹性缓冲、串行化/解串行化等功能。

PCI-E硬核模块和应用程序层之间的接口主要包括事物层接口和配置接口。事务层接口实现事物层数据包的发送和接收, 本设计中使用Avalon-ST接口;配置接口实现中断信号的传送和PCI-E IP硬核配置空间的访问。

1.4 DMA控制逻辑设计

DMA控制逻辑设计原理如图4所示, 该模块主要有4部分组成:DMA读模块、DMA写模块、DMA读/写仲裁模块、DMA控制/状态寄存器模块。DMA读模块和DMA写模块通过Avalon-MM总线与DDR2 SDRAM控制器连接, 分别从DDR2 SDRAM中读取数据和写入数据;DMA读/写仲裁模块决定某时刻进行DMA读操作还是DMA写操作, 并通过Avalon-ST总线与PCI-E IP硬核模块连接;DMA控制/状态寄存器模块包括与DMA操作相关的控制寄存器和状态寄存器, 该模块通过中断接口从中断模块获取中断请求, 并通过配置接口发送到PCI-E IP硬核模块。

DMA的传输方式可分为两种:简单DMA和链式DMA。为了提高DMA传输效率, 本模块实现链式DMA。该DMA模块工作原理是[3]:首先, 在主机端开辟一块内存区域存储描述符表。描述符表描述的是主机与外设之间与数据传输相关的地址和长度信息, 它由一个表头和多个描述符组成, 其中的每一个描述符对应一次DMA操作。描述符表中的内容由用户自己填写, 描述表如表1所示。然后, 主机通过设置设备端DMA模块中的控制/状态寄存器告诉设备要传输数据的描述符表起始地址和描述符个数。最后, 主机端启动DMA传输, 设备收到启动DMA传输的命令后, 首先根据主机提供的描述符表信息检索相应的描述符, 然后根据每一个描述符中的地址和长度信息, 进行相应的DMA数据传输。所有的DMA描述符处理完成后, 设备更新描述符头部的EPLAST域, 主机通过查询EPLAST域获得链式DMA传输完成的信息, 从而可以启动下一次链式DMA传输。

2 软件设计

2.1 驱动程序设计

Win Driver是Jungo公司提供的驱动程序开发工具包。该软件提供了对PCI Express接口设备的驱动支持, 也可以为兼容DMA功能的底层设备提供DMA服务[4]。驱动程序的主要功能是初始化设备、配置FPGA、设置DMA操作、设置中断操作以及为应用程序提供接口函数。驱动程序的工作流程如图5所示。

首先, 通过调用WDC_Driver Open () , WDC_Pci ScanDevices () , WDC_Pci Device Open () 等函数对设备进行初始化;其次, 通过简单数据传输函数例如WDC_MultiTransfer () 完成对FPGA的初始化、配置等操作, 并且根据需要设置DMA操作和中断操作;最后, 当操作结束时, 调用WDC_Pci Device Close () , WDC_Driver Close () 等函数结束进程。

2.2 应用程序设计

根据需要在Visual Studio 2010下开发了基于MFC的应用程序用来测试板卡的功能和性能。应用程序主要实现设备的打开和关闭、对FPGA硬件逻辑中寄存器的访问、数字电视传送流的接收和发送功能。其中, 数字电视传送流的接收和发送由4个独立的传输线程实现, 包括2个传送流接收线程和2个传送流发送线程。发送线程负责将一定量的数据写入到板卡的DDR2 SDRAM缓存中, 接收线程负责从DDR2 SDRAM缓存中读出数据来验证发送数据和接收数据的正确性和完整性。该应用程序与板卡驱动程序的关系如图6所示。

3 测试结果与分析

测试时使用Acterna公司的数字电视码流分析仪输出测试码流, 并监视发送/采集卡的输出码流有无误码, 同时用Quartus II中的Signal Tap II工具监测DDR2SDRAM缓存单元有无上溢/下溢的情况出现。反复测试表明, 在4个通道传送流传输均无误的前提下, 4个ASI接口的传送流传输速度均可达到200 Mbit/s以上。

4 结束语

本文利用集成了PCI-E硬核的Cyclone IV GX系列FPGA设计了一种基于PCI-E总线的数字电视传送流发送/采集卡, 完成了FPGA硬件逻辑设计和主机端驱动程序和应用程序开发。该设计与使用专用的PCI-E桥接芯片的方案[5]相比, 本地总线可支持更大的数据宽度, 另外硬件成本也显著降低。与文献[6-7]提出的设计方案相比, 本设计使用大容量的DDR2 SDRAM作为数据缓存, 提高了数据传输的稳定性。

测试表明, 该系统性能稳定、传输速度高, 很好地满足了数字电视系统基带信号传输的要求。此外, 本设计中的数据接口灵活性好, 既可以扩充更多的ASI接口, 又可以增加以太网接口、光纤接口等, 能够满足多种应用的需求。

摘要：提出了一种基于PCI Express总线的数字电视传送流发送/采集卡设计方案。详细阐述了板卡的整体设计、硬件接口以及软件实现, 重点介绍了如何发挥PCI Express总线高带宽的优势实现高速DMA数据传输。最后, 利用Quartus II 13.0开发环境下的Signal Tap II工具对自行开发的PCI-E接口板进行了在线调试, 测试表明该设计能满足数字电视传送流传输系统的要求。

关键词：PCI Express总线,FPGA,链式DMA,WinDriver

参考文献

[1]王聪, 王彬, 薛洁, 等.基于PCIe总线协议的设备驱动开发[J].信息技术, 2013 (3) :32-35.

[2]PCI Express Compiler User Guide[R].[S.l.]:Altera Corporation, 2010.

[3]黄世中, 金志刚.利用Win Driver实现链式DMA[J].电子设计工程, 2013, 21 (8) :6-9.

[4]Win Driver PCI/ISA/Card Bus User, s Manual[R].[S.l.]:Jungo Corporation, 2008.

[5]张小佩.基于PCI-E总线的数字电视传送流接口卡设计[D].天津:天津大学, 2012.

[6]郑佳, 任勇峰, 李辉景, 等.基于FPGA的多数据采集卡的研究与设计[J].电视技术, 2013, 37 (1) :52-54.

数字广播电视发送系统 篇3

时代在前进, 广播事业也在不断发展, 中波广播技术经过多年研究与改进, 目前已经达到了一个较高的层次水平。全固态中波广播发送机以其优异的信号发送质量和较高水平的经济性成为各地中波广播单位开展工作的首选设备。深入了解、掌握的全固态中波广播发送系统的基本工作原理和日常维护、检修技术, 对于保证中波广播工作正常稳定, 提高广播质量有着十分重要的意义。

1 调制功放单元结构与功能分析

该单元主要包括两个部分, 分别负责信号调制和功放两个功能。下面以TS-03C系列发射机为例, 对调制功放单元的结构和功能进行详细阐述与分析。TS-03C系列发射机采用插拔箱设计, 调制和功放两个功能结构整合在同一个插拔箱内, 从而更加便于操作。具体情况如下。

1.1 调制单元结构与功能分析

现阶段, 作为全固态PDM中波广播发送机的末级结构, 调制机构使用脉冲宽度调制法, 工作电源为-140伏, 采用分级结构设计, 整体共分为三级, 每一级组成和机制都有不同。其中, 第一级是V4组成的共基组态, 输出信号与输入同相, 第二级则是互补推挽射极跟随器, 包括V5和V6, 还是发挥同相放大的作用, 第三级则是由V7场效应管共源组态, 功能变为反相放大。

1.2 功放单元结构与功能分析

调制功放单元的第二个结构组成部分, 就是功放结构。该结构通常采用桥式丁类放大电路设计, 用晶体管控制电路开通或切断电路通路。两支IRFP250场效应管以并联的方式进行连接构成桥臂。经由高频信号激励产生的正负波作用于V11、V12功放管, 使其相V15、V16, V19、V20和V23、V24依次导通和截止, 也就是说, Sl、S2、S3、S4四只开关, 两两组合, S1和S3一组, S2和S4一组, 每组状态相反。当S1和S3处于开通状态时, S2和S4则处于闭合状态, 当S1和S3处于闭合状态时, S2和S4则处于开通状态。此外, 功放单元设计上还设有保护电路三组, 起到将VD13和V3接地的作用, 对V4、V5、V6、V7予以保护。

2 发射机调制功放单元故障检测技术分析

全固态PDM中波广播发送系统是一套结构复杂、运作环境要求高的中波发射设备。作为其关键部分的调制功放单元, 其工作状况对于设备整体的工作质量和效率有着至关重要的影响。必须高度重视调制功放单元的运行状况, 做好日常维护、检修, 及时排除设备故障, 保证设备正常工作。大量实践数据显示, IRFP250损坏是全固态PDM中波广播发送系统调制功放单元中发生频率最高故障情况, 在进行相应的维修工作中, 要严格规范操作, 精细操作, 特别是要高度关注管脚焊锡、散热片及变压器脚方向等几个要素。下面就分别对调制单元和功放单元的故障检测技术进行分析和阐述。

2.1 调制单元故障检测技术分析

IRFP250管是调制功放单元中的重要组成元件。其中, 调制单元中的V7也是由IRFP250管构成的。一旦V7损坏, 功放电源电压转为-140V, 使得功放输出功率大幅提高。如果在发射机满负荷状态下发生这种情况, 会直接导致发射机超负荷运转, 如果在发射机处于非满负荷状态下发生这种情况, 发射机的负荷可能不会超出上限, 而是体现出下面几种故障现象:

(1) 功放盒调制输出指示灯显示异常。未发生故障的管对应的指示灯亮度正常, 发生故障的V7对应的指示灯亮度变高。

(2) 功放电流差异明显。使用多用表测定功放电流, 结果显示出差异巨大的两档。其中, 较小的电流对调制音频变化敏感, 而较大的电流对调制音频变化不敏感。此外, 流经V5, V6上的电流强度增大, 极可能造成击穿。

2.2 功放单元故障检测技术分析

(1) 先检查控制栅G极上的4.7Ω电阻情况是否正常, 再检查位于该电阻前方并与其串联的背对背串联接稳压管是否正常, 根据检查结果, 对故障原因进行分析、判断:如果发现4.7Ω电阻击穿, 就存在该场效应管损坏的可能性, 另外一种可能性就是场效应管正常, 二稳压管损坏。

(2) 使用万用表对场效应管进行源漏阻抗检测。如果情况正常, 源极与负表笔相连接, 漏极与正表笔相连接时检测结果会显示低阻;源极与正表笔相连接, 漏极与负表笔相连接时检测结果会显示高阻, 如果检测结果与上述情况不符, 则说明故障位置为场效应管。使用量程10千欧姆的万用表对施加了+4到+9V直流电压的栅源极进行源漏极阻值检测, 正常情况下两个方向的都应显示短路, 否则就说明场效应管发生损坏。

3 调制功放故障原因分析与排除方法

3.1 调制功放单元常见故障原因分析

功放管故障是全固态中波广播发射机中发生频率最高的故障类型。通过实践数据统计分析, 我们发现, 以下几种原因是功放管发生故障的主要原因: (1) 或大或小超出额定限度的功放级机激励信号。 (2) 雷击事故导致功放管损坏。 (3) 散热效果差, 通常是因为设备上积累了过多灰尘, 有时冷却风量过小也会导致这个结果。针对这个问题, 可以使用空气压缩机进行处理, 在检修时使用吹尘枪进行除尘作业。另外, 在进行设备维修更换功放管时, 如果没有采取正确的防静电措施, 或者弄错了激励相位, 导致功放一侧同时导通, 发生短路, 也会造成功放管故障。

3.2 故障排除方法

导致调制功放输出为零的原因有外来封锁、过热保护、不平衡输入保护以及调制器自身故障和电源供给等多种情况。在检查时要逐一排除, 最终确定故障所在。第一步检查功放盒电源指示灯, 如果显示正常, 说明故障不在主电源。如果设备能够正常广播, 说明也不是外来封锁的原因。再经过对过热保护电路的检查, 确定故障应该是功放管或调制管损坏所致。先使用万用表逐一检测功放级IRFP250场效应管间电阻, 如果没问题再检查附属元件, 确认没问题后再对V7进行检测, 如果也没问题则判断故障位于调制器的一、二级。具体来说, 就应该是这两级中的三个三极管有故障, 使用万用表对这三个三极管分别检测, 最终确定故障位置。更换三极管后故障消除, 说明判断正确。

4 结束语

调制功放单元是中波广播发送系统中的关键部分。做好调制功放单元的维护、检修工作, 熟练使用故障辨析技术, 及时、精准查明故障位置, 迅速予以排除, 是发射机技术人员工作的努力方向。只有这样, 才能妥善处理突发状况, 缩短故障时间, 减小故障对正常广播的负面影响, 保障广播的正常进行。

摘要：中波广播是当前无线电广播中的主要形式, 而全固态中波广播发射机凭借着发送信号质量高、可靠稳定性好, 运维成本低的优点成为目前中波广播的主流设备。由于系统结构复杂, 对使用环境要求较高, 所以做好设备的维护检修工作就显得尤为重要。调制功放是全固态PDM中波广播发送系统的重要组成部分, 做好调制功放单元检修维护工作, 及时查明故障原因并加以排除, 对于保障广播工作稳定进行, 提高信号发送质量, 延长设备使用寿命有着显著的积极作用。文章围绕全固态PDM中波广播发送系统调制功放单元检修维护有关问题进行探讨, 简要介绍了调制功放单元的结构组成、功能作用以及常见故障原因, 详细阐述了调制功放单元故障检测和排除技术与方法。

关键词：全固态,中波广播,PDM,维护,基本原理,故障检修

参考文献