CN101026728A - 地面数字电视直放站 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种地面数字电视直放站，它包括顺次连接的低噪声放大模块、变频模块及功放模块，该低噪声放大模块包括顺次连接的前置放大器单元、可调衰减器单元及第二级放大单元，低噪声放大模块还包括自动增益控制单元和延时单元，该自动增益控制单元的信号输入端接第二级放大单元的输出端，该自动增益控制单元的控制端接延时单元的输入端，该延时单元的输出端接可调衰减器单元的另一输入端。通过设计自动增益控制单元，并使其根据低噪声放大模块的第二级放大单元的输出信号强度适时调整输出电压，从而控制该第二级放大单元的输出信号的强度，所以可以保证在各种输入功率情况下后级电路的线性指标，并能有效控制同频自激对后级功放模块的损害。

Description

地面数字电视直放站
技术领域
本发明涉及数字电视领域，尤其是关于一种地面数字电视直放站。
背景技术
地面数字电视直放站是为地面数字电视系统设计的网络优化产品。该地面数字电视直放站通过将接收的信号增强，并经过同频或转频放大后再发射，转发后的覆盖范围达0.5～5公里，其适合于：a)市郊、乡村、交通沿线的覆盖；b)阴影区(例如山区)的覆盖；c)大型建筑内部、地下商场停车场、地铁系统等环境的覆盖。
数字电视直放站是一种无线中继放大设备，在数字电视传输过程中起到了信号增强的作用。数字电视直放站是扩大已建数字电视网络的覆盖范围、解决盲区和边远地区移动通信的一种经济有效的手段。数字电视直放站按其传输方式主要分为同频直放站和移频直放站。
请参阅图1，同频直放站(也叫同频转发站)的主要工作原理是通过施主天线从现有的数字电视覆盖区域中接收信号，经滤波放大等处理后再次发射到待覆盖区域。同频直放站的主要特点是：结构简单且信号转发时延小。
请参阅图2，移频直放站(也叫差频转发站)与同频直放站原理基本相似，不同之处在于：信号输出的频率被移到了指定的频段。该移频直放站的主要特点是：结构简单，信号转发时延小，不同频率的收发信号使得隔离度有保证而不会形成自激，工程建设最容易。
但是，现有的同频直放站和移频直放站的线性度均不高且不能有效控制同频自激对功放模块的损害。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种能够具有较高的线性度并能有效控制同频自激对功放模块的损害的地面数字电视直放站。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该地面数字电视直放站包括顺次连接的低噪声放大模块、变频模块及功放模块，该低噪声放大模块包括前置放大器单元、可调衰减器单元及第二级放大单元，该前置放大器单元的输入端接收无线输入的电视信号，其输出端接可调衰减器单元的输入端，该可调衰减器的输出端接第二级放大单元的输入端，该第二级放大单元的输出端接变频模块，所述的低噪声放大模块还包括自动增益控制单元和延时单元，该自动增益控制单元的信号输入端接第二级放大单元的输出端，该自动增益控制单元的控制端接延时单元的输入端，该延时单元的输出端接可调衰减器单元的衰减控制端，该自动增益控制单元检测第二级放大单元的输出信号的强度，当该强度超过预设值时，该自动增益控制单元输出到可调衰减器单元的控制电压降低。
所述的自动增益控制单元为AD8314芯片。
所述的功放模块包括顺次连接的推动&增益控制单元、RF预失真单元及末级功放单元，该推动&增益控制单元的输入端接变频模块的输出端，该RF预失真单元为MAX2010芯片，该末级功放单元由串联的MHL9236功放芯片和MRF9045功放芯片组成。
所述的变频模块包括顺次连接的第一混频器单元、第一级放大单元、中频声表滤波器单元、第二级放大单元、第二混频器单元及滤波器单元，低噪声放大模块的第二级放大单元的输出信号和下变频本振信号输入到第一混频器单元进行混频，该变频模块的第二级放大单元的输出信号和上变频本振信号输出到第二混频器单元进行混频，该第二放大单元的输出端接功率检测&控制单元的输入端，该功率检测&控制单元的输出端接第一级放大单元的输入端。
所述的功放模块还包括功率、温度检测&控制单元，该功率、温度检测&控制单元的输入端接RF预失真单元的输出端，该功率、温度&控制单元的输出端接推动&增益控制单元的另一输入端。
所述的延时单元的输出端与可调衰减器单元的衰减控制端之间串接有用于放大自动增益控制单元输出的控制电压的运算放大器芯片。
本发明的有益效果是，通过设计自动增益控制单元，并使其根据低噪声放大模块的第二级放大单元的输出信号强度适时调整输出电压，从而控制该第二级放大单元的输出信号的强度，所以可以保证在各种输入功率情况下后级电路的线性指标，并能有效控制同频自激对后级功放模块的损害。
附图说明
图1是现有数字电视同频直放站的原理框图。
图2是现有数字电视移频直放站的原理框图。
图3是本发明地面数字电视直放站的低噪声放大模块的结构框图。
图4是本发明地面数字电视直放站的变频模块的结构框图。
图5是本发明地面数字电视直放站的功放模块的结构框图。
图6是本发明地面数字电视直放站的低噪声放大模块的电路原理图。
图7是本发明地面数字电视直放站的推动&增益控制单元的电路原理图。
图8是本发明地面数字电视直放站的功放模块(不含推动&增益控制单元)的电路原理图。
图9是本发明地面数字电视直放站的RF预失真单元的电路原理图。
具体实施方式
请参阅图3至图9，本发明地面竖直电视直放站包括低噪声放大(英文简称为LNA)模块、变频模块及功放(英文简称为PA)模块。
该低噪声放大模块用于接收数字电视信号并对该信号进行预放大，其包括前置放大器单元11、可调衰减器单元12、第二级放大单元13、自动增益控制单元15、延时单元14及对整个模块进行供电的电源单元16。数字电视信号输入前置放大器单元11，该前置放大器单元11的输出端接可调衰减器单元12的一输入端，该可调衰减器单元12的输出端接第二级放大单元13的输入端，该自动增益控制单元15的信号输入端接第二级放大单元13的输出端，该自动增益控制单元15的控制端接延时单元14的输入端，该延时单元14的输出端接可调衰减器单元12的衰减控制端。前置放大器单元11用于对无线输入的电视信号进行第一级放大，该单元采用现有的低噪声放大器芯片和反馈设计的方法，在宽带(400MHZ)的范围内有较低的噪声系数(噪声系数小于1.7dB)和平坦的增益(400MHz带宽范围内增益平坦度小于3dB)。可调衰减器单元12用于对自前置放大器单元输入的信号进行自动增益控制，其如现有的pin二极管衰减器，在宽带(100MHz～3GHz)范围内提供了较大的衰减范围(30dB)。第二级放大单元13采用高增益(30dB)的功放芯片，其为整个低噪声放大模块提供足够的增益，并且由于放在第二级，所以对噪声系数影响很小。自动增益控制单元15用于检测第二级放大单元13输出信号的强度(即信号的功率)并与预设值进行比较，超过预设值便会控制可调衰减器单元12进行功率控制。自动增益控制单元15采用ADI公司的AD8314芯片(见图6中U4所指)，该芯片U4采集电压信号，其具有检测和控制两种使用模式，本实施方式中，该芯片采用控制模式，在该控制模式下，该芯片U4可外部设置一个电压值，代表一个功率点，当检测到输入功率(即第二放大级单元13的输出信号的功率)高于该功率点时，该芯片U4输出到可调衰减器单元12的控制电压降低，输入功率越高，该芯片U4的输出电压越低，从而控制第二级放大单元13的输出信号的功率处于设定值。该延时单元14如现有的RC延时电路14，其保证了在自动增益控制单元15进行控制的同时也不会对地面数字电视的调幅调相信号产生影响，本实施方式中，该RC延时电路14由电容C5和芯片U4自身的电阻组成。另外，该自动增益控制单元15的输出还可接运算放大器芯片U1(见图6中标号17所指)，该芯片U1用于放大自动增益控制单元输出的控制电压，自动增益控制单元15输出的控制电压信号经过延时单元14进行延时后输入到该运算放大器芯片U1，该芯片U1将控制电压信号放大后输入到可调衰减器单元12的衰减控制端。本实施方式中，该低噪声放大模块采用了反馈式的宽带设计，满足地面数字电视从470MHz到860MHz的带宽应用需求，在400MHz带宽内，噪声系数小于1.3dB，增益平坦度小于3dB。因为本发明地面数字电视直放站是一种同频转发设备，所以在安装和使用的工程中可能会发生自激的情况，自动增益控制单元15能够有效控制同频自激对后级功放的损害，而且该自动增益控制单元15可以保证在各种输入功率情况下后级电路的线性指标；数字电视信号是一种调幅调相信号，在自动增益控制的过程中，如果不加入延时单元14，会因为反馈控制的速度太快而影响数字电视的幅度调制信息，导致信号质量下降甚至无法播放。01
变频模块用于对自低噪声放大模块输入的信号进行频率处理，信号经过中频滤波处理以后，更好的抑制了邻道干扰，从而保证了输出给功放模块的频谱纯度。该变频模块包括第一混频器单元、第一级放大单元、中频声表滤波器单元、第二级放大单元、第二混频器单元、滤波器单元及功率检测&控制单元，低噪声放大模块的第二级放大单元的输出信号和下变频本振信号同时输入第一混频器单元进行混频，该第一混频器单元的输出端接第一级放大单元的一输入端，该第一级放大单元的输出端接中频声表滤波器单元的输入端，该中频声表滤波器单元的输出端接第二级放大单元的输入端，该第二级放大单元的输出信号和上变频本振信号同时输入第二混频器单元进行混频，该第二混频器单元的输出接滤波器单元，该功率检测&控制单元的输入端接第二放大单元的输出端，该功率检测&控制单元的输出端接第一级放大单元的另一输入端。自低噪声放大模块输入的信号经过第一混频器单元混频，变为70MHz的中频信号，经过第一级放大单元进行放大后进入中频声表滤波器单元进行滤波，得到干净的70MHz信号，再经过第二级放大单元放大，补偿中频声表带来的损耗，再经过第二混频器单元变为原来的频率输出。本实施方式中，通过功率检测&控制单元中的功率均方根值检测芯片准确检测数字电视信号强度，通过软件控制的衰减芯片控制信号强度(该检测芯片如AA117-85，用户在软件中设置衰减值，单片机接收到这个衰减值，通过控制该芯片的五个控制引脚的高低电平值，可以得到相应的衰减值)，充分利用输入信号的输入强度，确保后级信号的线性度，并对同频自激进行第二级保护；上变频本振信号和下变频本振信号由现有的压控振荡器(英文简称VCO)产生，该压控振荡器要求相位噪声低且频率稳定度高。
功放模块用于对信号进行最终放大，最后送入天馈发射。地面数字电视信号多采用OFDM+QPSK/16QAM/64QAM的调制方式，这类信号的峰均比(英文简称PAR)较高，并且是幅度相位调制，对功放的线性要求较高，针对这样的要求，需要在功放模块中采用了射频预失真技术。该功放模块由电源部分31供电，其包括推动&增益控制单元、RF预失真单元、末级功放单元33及功率、温度检测&控制单元。该推动&增益控制单元的输入端接变频模块的滤波器单元的输出端，该推动&增益控制单元的输出端接RF预失真单元的输入端，该RF预失真单元的输出端接末级功放单元的输入端，该功率、温度检测&控制单元的输入端接RF预失真单元的输出端，其输出端接推动&增益控制单元的另一输入端。变频模块输出的信号经过滤波器去除本振信号后经过推动&增益控制单元进行预放大，然后进入RF预失真单元进行预失真处理，最后进入末级功放单元33进行最终的放大和最后的输出。本实施方式中，推动&增益控制单元用于对信号进行初级放大和控制，其包括顺次连接的第一级放大器单元21、PIN管衰减器单元22及第二级放大器单元23，该第一级放大器单元21的输入接变频模块的滤波器单元的输出。RF预失真单元通过预失真芯片对信号进行预失真处理，使输出的信号和末级功放单元33产生的失真能够抵消掉，从而产生高线性的信号，该RF预失真芯片如美信公司的MAX2010芯片(见图9中的芯片IC1)，该芯片IC1能够改变信号的AM/AM和AM/PM特性，该芯片IC1的端脚(见图9中的FromPrePA所指)与推动&增益控制单元的第二级放大器单元23连接。该末级功放单元33由型号为MHL9236的功放芯片和型号为MRF9045的功放芯片组成，芯片IC1的端脚(见图9中的ToFromPA)与型号为MHL9236的功放芯片332的输入连接，该功放芯片332的输出与型号为MRF9045的功放芯片331的输入连接。该功率、温度检测&控制单元用于对整个功放的输出、反射信号进行功率检测，用于显示输出功率和输出驻波比，以及通过软件控制输出功率大小即预设值，其控制机理和低噪声放大模块中的自动增益控制单元15类似，在输出驻波比高于警戒值时通过软件控制衰减网络降低功放的输入信号。该功率、温度检测&控制单元包括温度检测&控制单元34和功率检测&控制单元35，该温度检测&控制单元34通过温度检测芯片U7检测温度(该温度对应一个电压值)，然后把这个电压值通过运算放大器芯片U6放大后输出给单片机进行处理。功率检测&控制单元35的端脚RFout_coupler接功放模块的输出耦合器的输出耦合端，通过芯片RFout_detector1(AD8361功率检测芯片)检测输出功率大小，该芯片输出一个电压值Vout_UP到单片机，这样可以由软件得到输出功率大小；RFre_coupler接功放模块的输出耦合器的反相耦合端，通过芯片RFre_detector1(AD8361功率检测芯片)检测反射功率大小，该芯片输出一个电压值Vre_UP到单片机，这样可以由软件得到反射功率大小，并且最终可以利用软件计算输出驻波比的大小。通过预失真芯片MAX2010和由MHL9236芯片和MRF9045芯片组成的末级功放单元33的设置，使在输出5W功率16QAM调制的地面数字电视信号时，输出带肩大于40dBc，相比不采用MAX2010芯片的情况，邻信道功率比(英文简称ACPR)得到近10dB的改善。
本发明地面数字电视直放站具有多级自动增益控制(AGC)和自激保护功能，既充分利用了有效输入信号(该输入信号指的是从空中接收到的无线数字电视信号)，保证在不同输入信号场强下，设备正常工作，又保护了设备不会在过大输入信号特别是自激的情况下损坏。
本发明地面数字电视直放站具有中频声表滤波器，通过转换中频，滤波以后，设备的频道选择性更好、抗干扰能力更强、更适合应用在频谱环境复杂的地方，并且由于输入末级功放的杂波更少，所以输出信号的线性更好，载噪比(C/N)高。
本发明地面数字电视直放站的功放模块具有RF预失真单元，有效的提高了功放的线性度，提高了整个直放站的效率。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种地面数字电视直放站，包括顺次连接的低噪声放大模块、变频模块及功放模块，该低噪声放大模块包括前置放大器单元、可调衰减器单元及第二级放大单元，该前置放大器单元的输入端接收无线输入的电视信号，其输出端接可调衰减器单元的输入端，该可调衰减器的输出端接第二级放大单元的输入端，该第二级放大单元的输出端接变频模块，其特征在于：所述的低噪声放大模块还包括自动增益控制单元和延时单元，该自动增益控制单元的信号输入端接第二级放大单元的输出端，该自动增益控制单元的控制端接延时单元的输入端，该延时单元的输出端接可调衰减器单元的衰减控制端，该自动增益控制单元检测第二级放大单元的输出信号的强度，当该强度超过预设值时，该自动增益控制单元输出到可调衰减器单元的控制电压降低。
2.按照权利要求1所述的地面数字电视直放站，其特征在于：所述的自动增益控制单元为AD8314芯片。
3.按照权利要求1或2所述的地面数字电视直放站，其特征在于：所述的功放模块包括顺次连接的推动&增益控制单元、RF预失真单元及末级功放单元，该推动&增益控制单元的输入端接变频模块的输出端，该RF预失真单元为MAX2010芯片，该末级功放单元由串联的MHL9236功放芯片和MRF9045功放芯片组成。
4.按照权利要求3所述的地面数字电视直放站，其特征在于：所述的变频模块包括顺次连接的第一混频器单元、第一级放大单元、中频声表滤波器单元、第二级放大单元、第二混频器单元及滤波器单元，低噪声放大模块的第二级放大单元的输出信号和下变频本振信号输入到第一混频器单元进行混频，该变频模块的第二级放大单元的输出信号和上变频本振信号输出到第二混频器单元进行混频，该第二放大单元的输出端接功率检测&控制单元的输入端，该功率检测&控制单元的输出端接第一级放大单元的输入端。
5.按照权利要求3所述的地面数字电视直放站，其特征在于：所述的功放模块还包括功率、温度检测&控制单元，该功率、温度检测&控制单元的输入端接RF预失真单元的输出端，该功率、温度&控制单元的输出端接推动&增益控制单元的另一输入端。
6.按照权利要求1或2所述的地面数字电视直放站，其特征在于：所述的延时单元的输出端与可调衰减器单元的衰减控制端之间串接有用于放大自动增益控制单元输出的控制电压的运算放大器芯片。
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