【摘要】本文基于地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)的原理及其運(yùn)行的“三同”基本原則，對(duì)XG300UT-300D發(fā)射機(jī)的主要組成部分（激勵(lì)器、功率放大器、監(jiān)控部分）進(jìn)行了詳述。并基于此，對(duì)發(fā)射機(jī)輸出功率下降及反射功率過大導(dǎo)致的駐波比告警保護(hù)故障進(jìn)行了理論分析，最后提出了相應(yīng)的故障排除方法。以期望能夠?yàn)榈孛鏀?shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)的高效運(yùn)行提供幫助。

【關(guān)鍵詞】地面數(shù)字電視；廣播單頻網(wǎng)；故障分析

中圖分類號(hào)：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.09.013

電視媒體作為信息傳播的關(guān)鍵渠道，隨著社會(huì)物質(zhì)條件的進(jìn)步，觀眾對(duì)電視節(jié)目的畫質(zhì)清晰度和內(nèi)容多樣性提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。由此，數(shù)字電視技術(shù)作為一種創(chuàng)新性科技被開發(fā)以滿足這些要求。區(qū)別于傳統(tǒng)電視信號(hào)，該模式易受氣候、地理方位、山巒等環(huán)境因素影響，導(dǎo)致模擬信號(hào)質(zhì)量下降，影響畫面清晰度。相比之下，單頻網(wǎng)地面數(shù)字電視廣播發(fā)射設(shè)備克服了這些缺陷，并且結(jié)合了單頻網(wǎng)技術(shù)與數(shù)字電視技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。這種發(fā)射設(shè)備在信號(hào)的抗干擾能力上有顯著提高，不僅提供了高清的視頻畫面，還實(shí)現(xiàn)了廣泛而均勻的信號(hào)覆蓋，同時(shí)，在節(jié)約能源方面也體現(xiàn)了高效性。鑒于此，本文基于地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)和發(fā)射機(jī)的原理展開了詳細(xì)的故障分析，并提供了相應(yīng)的排除方法，以期為地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和故障處理提供有力支持。

1. 地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)的原理及其運(yùn)行的要求

地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)主要由前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)組成。前端系統(tǒng)主要由編碼器、復(fù)用器和加擾器構(gòu)成，其工作流程是將不同路徑傳輸?shù)墓?jié)目源通過編碼器轉(zhuǎn)換為地面數(shù)字電視適用的碼流，再利用復(fù)用器將這些碼流合成為一路信號(hào)，并按照DTMB標(biāo)準(zhǔn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行加擾處理，最終輸出TS碼流。傳輸系統(tǒng)的主要職責(zé)是將生成的TS碼流傳輸至地面數(shù)字電視的各個(gè)發(fā)射系統(tǒng)。發(fā)射系統(tǒng)則負(fù)責(zé)將接收到的TS碼流進(jìn)行調(diào)制、變頻、濾波、放大等處理，隨后進(jìn)行地面發(fā)射。而接收系統(tǒng)的核心任務(wù)則是通過接收天線接收高頻調(diào)制信號(hào)，并進(jìn)行變頻、解調(diào)處理，以獲取數(shù)字電視碼流。之后，再經(jīng)過復(fù)用、解碼等操作，完成用戶端數(shù)字電視節(jié)目信號(hào)的接收。

地面數(shù)字電視傳輸?shù)膯晤l網(wǎng)（SFN）架構(gòu)遵循“三同”基本原則，即網(wǎng)絡(luò)體系中各個(gè)發(fā)射點(diǎn)需在同一頻率、同一時(shí)間點(diǎn)及相同數(shù)據(jù)比特速率上保持同步，具體如下。

1.1 頻率同步

在多載波調(diào)制信號(hào)中，如我國(guó)DTMB系統(tǒng)中所采用的3780個(gè)并行子載波，這些子載波應(yīng)具有相同的頻率。若因頻率偏差導(dǎo)致接收機(jī)端多個(gè)信號(hào)出現(xiàn)異步現(xiàn)象，OFDM系統(tǒng)可能遭受子載波間的相互干擾，從而嚴(yán)重降低整體系統(tǒng)性能。為確保發(fā)射系統(tǒng)頻率保持一定精度，實(shí)際操作中通常將單頻網(wǎng)絡(luò)（SFN）中各發(fā)射機(jī)的上變頻本振與某一參考時(shí)鐘（如10 MHz的GPS信號(hào)）進(jìn)行頻率同步化。

1.2 時(shí)間同步

從理論層面來看，通過設(shè)置適當(dāng)長(zhǎng)度的保護(hù)間隔和精確設(shè)計(jì)傳輸塔之間的相對(duì)距離，正交頻分復(fù)用（OFDM）調(diào)制能夠有效抵抗多徑反射引起的干擾。為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，發(fā)射機(jī)之間需進(jìn)行時(shí)間同步，并在相同時(shí)間發(fā)送相同的數(shù)據(jù)流字符。同時(shí)，由于保護(hù)間隔的引入，時(shí)間同步的精度要求相對(duì)較為寬松，通常在±1微秒的范圍內(nèi)[1]。

1.3 比特同步

在單頻網(wǎng)絡(luò)中，比特同步的目標(biāo)是確保分布在不同地點(diǎn)的各發(fā)射站點(diǎn)在同一時(shí)間點(diǎn)發(fā)送相同的OFDM信號(hào)幀。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)采用了第二幀初始化包（Second-frame Initialization Packet，簡(jiǎn)稱SIP）。將SIP插入到傳輸流（Transport Stream，簡(jiǎn)稱TS）中，并將其傳送至各遠(yuǎn)程發(fā)射器，從而確保比特位置同步，達(dá)到時(shí)間序列的一致性[2]。

2. XG300UT-300D發(fā)射機(jī)原理

XG300UT-300D發(fā)射機(jī)為高效分米波地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)，其主要功能是處理輸入的傳輸流（TS流）。該過程首先涉及信道編碼和調(diào)制步驟，這些步驟將接收的TS流轉(zhuǎn)換成模擬中頻信號(hào)。隨后，信號(hào)會(huì)經(jīng)過上變頻過程以匹配特定的傳播頻道，接著在功率放大器的作用下進(jìn)行放大。最終階段包括信號(hào)過濾，以便輸出規(guī)定的射頻（RF）信號(hào)。該發(fā)射機(jī)的構(gòu)成可以劃分為以下幾個(gè)關(guān)鍵部分。

2.1 激勵(lì)器

激勵(lì)器作為發(fā)射機(jī)的核心部件，肩負(fù)著將輸入激勵(lì)器的MPEG TS傳輸碼流轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)中頻信號(hào)輸出的重任。在此過程中，傳輸碼流首先經(jīng)過編碼器進(jìn)行信道編碼，由數(shù)字調(diào)制器實(shí)施調(diào)制處理后，經(jīng)過上變頻操作，將信號(hào)轉(zhuǎn)換至相應(yīng)的RF載波頻道。數(shù)字激勵(lì)器本身由多個(gè)關(guān)鍵部分組成，包括負(fù)責(zé)數(shù)字TS流編碼的編碼器電路，負(fù)責(zé)數(shù)字基帶信號(hào)預(yù)校正與數(shù)/模轉(zhuǎn)換的數(shù)字均衡器電路，負(fù)責(zé)調(diào)制的調(diào)制器電路，負(fù)責(zé)生成RF載波的頻率合成器電路，以及負(fù)責(zé)全局控制的控制電路[3]。這些組成部分的協(xié)同確保了數(shù)字激勵(lì)器的穩(wěn)定運(yùn)行和信號(hào)準(zhǔn)確輸出，如圖1所示。

在數(shù)字信號(hào)傳輸過程中，信道編碼扮演著至關(guān)重要的角色，其主要功能可分為三個(gè)部分：首先，糾錯(cuò)編碼能力，通過算法增強(qiáng)信息傳輸?shù)目煽啃裕黄浯?，信?hào)調(diào)制過程的標(biāo)準(zhǔn)化，確保信息可在特定的通信系統(tǒng)中有效傳輸；最后，實(shí)現(xiàn)延遲管理，以維護(hù)系統(tǒng)同步。針對(duì)連續(xù)的廣泛誤碼問題，本系統(tǒng)采用的交織器技術(shù)通過將編碼后信號(hào)依照特定的交織規(guī)則重排序，成功分散了誤碼集中度，增強(qiáng)了糾錯(cuò)能力。

2.2 功率放大器

在數(shù)字電視技術(shù)領(lǐng)域，放大器的作用至關(guān)重要，其主要功能為增強(qiáng)數(shù)據(jù)信號(hào)強(qiáng)度，擴(kuò)大傳輸范圍，確保音視頻信號(hào)的有效傳輸，并保持電視畫面的清晰度。XG300UT-300D發(fā)射機(jī)集成XGPA10D型線性前置功率放大器與XGPA120D型高效率功率放大器，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化信號(hào)放大效能。該發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)中，線性前置功率放大器與激勵(lì)器緊密整合，形成一體化結(jié)構(gòu)。RF信號(hào)由激勵(lì)器提供，進(jìn)一步通過XGPA10D前置放大器進(jìn)行放大處理。隨后，這些放大后的RF功率信號(hào)輸出高達(dá)10 W，具備高線性特性，以推動(dòng)后續(xù)末級(jí)功率放大過程。此外，三功分器負(fù)責(zé)將來自前置放大器的推動(dòng)功率信號(hào)分成三個(gè)等分，每一分信號(hào)隨后經(jīng)由三個(gè)120 W的XGPA120D高效率功率放大器進(jìn)行獨(dú)立放大處理。三個(gè)放大后的信號(hào)通過合成器集合，形成超過360 W的RF輸出功率信號(hào)[4]。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在圖2中，前置功率放大器（前置功放）采用預(yù)放大器與MRF3090功率放大模塊的組合方案。通過直流電源，以直流50 V/12 V為MRF3090提供電源，使其輸出可達(dá)到10 W的高線性功率。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)輸出被限制為3 W。預(yù)放大單元采用倍增放大器對(duì)射頻（RF）信號(hào)進(jìn)行初步放大處理。在終端功率放大階段，采用MRF3090功放管，確保輸出能達(dá)到10 W的高線性功率。相比之下，XGPA120D高效率功率放大單元的設(shè)計(jì)與前述前置功率放大器相似，但是其中的MRF3090功放管被MRFE6VP8600所替代。MRFE6VP8600采用了多赫蒂（Doherty）電路架構(gòu)，使功率放大單元能夠提供高達(dá)120 W的輸出功率。

2.3 監(jiān)控部分

在數(shù)字電視發(fā)射機(jī)中，監(jiān)控部分能夠持續(xù)追蹤發(fā)射機(jī)的運(yùn)行狀況并實(shí)時(shí)報(bào)告任何異常情況，此舉確保了信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。該模塊構(gòu)成了發(fā)射機(jī)的核心監(jiān)控系統(tǒng)，其中包含了溫度傳感設(shè)備（例如溫度計(jì)）、數(shù)據(jù)采集與保護(hù)單元、電流檢測(cè)單元、顯示與控制單元以及液晶顯示屏等關(guān)鍵部件。為保證發(fā)射設(shè)備的可靠性與安全性，監(jiān)控部分提供了一整套的檢測(cè)、控制與保護(hù)機(jī)制。具體包括對(duì)供電電壓與電流、環(huán)境溫度、輸出功率和反射功率等關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。該系統(tǒng)還具備多種保護(hù)環(huán)節(jié)，避免因參數(shù)超標(biāo)而造成的損害，如防止過壓、過流、過熱、輸出功率過高或反射功率過高，這些機(jī)制能夠在檢測(cè)到故障時(shí)立即關(guān)閉功率放大模塊的供電。在較為嚴(yán)重的場(chǎng)合，監(jiān)控部分甚至能夠切斷主要的50 V電源，只保留12 V的電源以維持基本的運(yùn)作，從而最大程度地減少潛在的損害，并確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性[5]。

3. 故障排除案例分析

3.1 故障現(xiàn)象：發(fā)射機(jī)輸出功率下降，或不穩(wěn)定，時(shí)有時(shí)無

3.1.1 故障理論分析

發(fā)射機(jī)的輸出功率降低或不穩(wěn)定主要可以歸因于以下幾個(gè)因素：

（1）功率放大器的故障：功率放大器在工作過程中如果出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致發(fā)射機(jī)的輸出功率降低或不穩(wěn)定。

（2）開關(guān)電源故障：影響功放供電，影響輸出功率。開關(guān)電源的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于輸出功率至關(guān)重要。開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)了一系列的保護(hù)功能，例如相位缺失、防雷擊以及欠壓、過壓、過流和過熱保護(hù)等。如果開關(guān)電源發(fā)生故障，諸如輸出電壓過高（超過56 V）時(shí)自動(dòng)切斷輸出（輸出電壓變?yōu)? V）并觸發(fā)報(bào)警；交流輸入電壓偏低（低于310 V）時(shí)也會(huì)自動(dòng)切斷，并且在輸入電壓恢復(fù)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)（超過315 V）時(shí)重新啟動(dòng)；或者當(dāng)散熱器的溫度超過規(guī)定的極限（80°以上）時(shí)，電源將會(huì)關(guān)閉，并在溫度下降到安全水平（70°以下）時(shí)重新啟動(dòng)。

盡管發(fā)射機(jī)的功率放大器設(shè)計(jì)了電源的冗余備份和均流供電機(jī)制以確?？煽啃裕议_關(guān)電源也有較高的冗余度，確保了單臺(tái)電源故障時(shí)發(fā)射機(jī)可以維持滿功率運(yùn)行。但如果發(fā)生兩臺(tái)或以上電源同時(shí)故障，發(fā)射機(jī)的輸出功率就會(huì)受到影響。

（3）激勵(lì)器功能性故障：此情況導(dǎo)致輸入端信號(hào)功率衰減，從而影響系統(tǒng)的輸出功率性能。

（4）功率放大器模塊插件保護(hù)：此狀態(tài)下功率放大器停止輸出。

（5）傳輸線路缺陷：此問題可能導(dǎo)致功率放大器所接收到的輸入信號(hào)產(chǎn)生波動(dòng)。

3.1.2 故障排除方法

首先，通過監(jiān)測(cè)功率放大器（PA）面板上的故障指示燈狀態(tài)，以確定是否存在警報(bào)情況。若指示燈顯示警報(bào)，則說明故障發(fā)生在功率放大器本身，此時(shí)應(yīng)根據(jù)警報(bào)類型進(jìn)行故障排除操作。若未出現(xiàn)指示燈警報(bào)，則應(yīng)比較當(dāng)前功放的運(yùn)行數(shù)據(jù)與正常工作時(shí)的記錄數(shù)據(jù)，仔細(xì)觀察開關(guān)電源電流是否降低或功放模塊中各電子管電流是否存在顯著變化。

（1）當(dāng)開關(guān)電源電流減少且某電子管電流顯示為零時(shí)，暗示相應(yīng)功放模塊可能出現(xiàn)故障，需針對(duì)性地進(jìn)行維修或更換。

（2）若開關(guān)電源電流下降，且所有相關(guān)功放模塊的電子管電流均呈減少趨勢(shì)，這可能意味著激勵(lì)器輸出電流降低。此時(shí)，建議切換至備用激勵(lì)器并監(jiān)測(cè)整機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)。若數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，則故障可能在激勵(lì)器，應(yīng)進(jìn)行檢查。

（3）若開關(guān)電源電流和功放模塊數(shù)據(jù)均無異常，但整機(jī)功率顯示下降，可能是顯示系統(tǒng)出現(xiàn)故障，不會(huì)影響發(fā)射機(jī)實(shí)際工作性能。

（4）當(dāng)功放模塊發(fā)生保護(hù)動(dòng)作時(shí)，可能觀察到前級(jí)電子管電流顯示為零，末級(jí)電子管僅存在靜態(tài)電流。此時(shí)，應(yīng)打開功率放大器前面板進(jìn)行檢查，并根據(jù)顯示的保護(hù)類型（如駐波保護(hù)、溫度保護(hù)或過激勵(lì)保護(hù)）進(jìn)行故障處理。

（5）最后，需檢查激勵(lì)器輸出接口與功放輸入接口之間的連接電纜。若連接線存在接觸不良或接頭虛焊現(xiàn)象，應(yīng)重新焊接并擰緊，以確保信號(hào)傳輸?shù)耐暾浴?/p>

3.2 故障現(xiàn)象：反射功率過大，駐波比告警保護(hù)

駐波比（SWR，Standing Wave Ratio）保護(hù)是為防止發(fā)射機(jī)的天線饋線系統(tǒng)中反射波過強(qiáng)而損害功率放大器。

3.2.1 故障理論分析

造成反射功率過大的原因通常源于饋線連接接頭的接觸缺陷以及天線饋線系統(tǒng)的故障。在實(shí)際運(yùn)行中，依據(jù)系統(tǒng)控制器的預(yù)設(shè)參數(shù)，當(dāng)天線的駐波比小于或等于1.5時(shí)，發(fā)射設(shè)備將保持正常運(yùn)行狀態(tài)。然而，如果駐波比超過1.5，系統(tǒng)控制器將激活輸出保護(hù)信號(hào)，從而觸發(fā)停止發(fā)射或?qū)⒐β式档椭涟踩降谋Ｗo(hù)程序，以避免對(duì)發(fā)射機(jī)的功率放大器造成損壞。

3.2.2 故障排除方法

（1）首先，將假負(fù)載（一個(gè)設(shè)計(jì)用來模擬天線阻抗屬性的裝置）與發(fā)射機(jī)連接，以代替實(shí)際的天饋線系統(tǒng)。這樣做可以確定故障是否源自內(nèi)部組件。如果在使用假負(fù)載時(shí)仍發(fā)現(xiàn)相同問題，這表明發(fā)射機(jī)內(nèi)部存在故障。這時(shí)應(yīng)仔細(xì)檢查頻率合成器、帶通濾波器等內(nèi)部組件是否存在損壞之處，并確保所有連接套管接頭的接觸是否可靠且無接觸不良現(xiàn)象。任何發(fā)現(xiàn)的故障都應(yīng)得到及時(shí)修復(fù)。如果在連接假負(fù)載后故障不再存在，則表明問題位于天饋線系統(tǒng)外部。

（2）檢查天線本身及其連接是否良好，確認(rèn)沒有破損、腐蝕、或饋線內(nèi)部積水等問題。若發(fā)現(xiàn)此類故障，必須立即修復(fù)。如果天線及其連接均無問題，則可能故障起因于套管接頭，該接頭位于發(fā)射機(jī)輸出端與天線之間的連接處。

（3）仔細(xì)檢查與天線相連的發(fā)射機(jī)輸出口接頭。確認(rèn)接頭的連接是否牢固，檢查是否存在開路、短路或接觸不良的問題。一旦發(fā)現(xiàn)問題，迅速進(jìn)行糾正。

4. 結(jié)束語(yǔ)

為確保地面數(shù)字電視傳播服務(wù)的優(yōu)質(zhì)與連續(xù)，對(duì)單頻網(wǎng)技術(shù)的深入掌握以及對(duì)發(fā)射機(jī)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的專業(yè)知識(shí)顯得尤為重要。廣播工程技術(shù)人員通過深入理解單頻網(wǎng)的同步機(jī)制，對(duì)XG300UT-300D發(fā)射機(jī)等核心設(shè)備構(gòu)造與功能的精準(zhǔn)把握，以及系統(tǒng)故障排查與處理能力的熟練運(yùn)用，能夠有效提升廣播網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率與穩(wěn)定性。本文所提出的策略，旨在協(xié)助技術(shù)人員優(yōu)化設(shè)備性能，保障傳播信號(hào)的高品質(zhì)，進(jìn)而為廣大觀眾帶來更加豐富與優(yōu)質(zhì)的收視體驗(yàn)。

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作者簡(jiǎn)介：張揚(yáng)（1979—），男，河南許昌人，工程師，研究方向：廣播電視、5G通訊。