數(shù)字微波傳輸與模擬微波傳輸?shù)谋容^及改造

【摘要】廣播電視的數(shù)字化對改善圖像清晰度、圖像傳輸質(zhì)量、增加節(jié)目套數(shù)起著非常重要的作用。更為重要的是，它能夠很方便地構(gòu)筑視頻、音頻、圖像、文字、數(shù)據(jù)為一體的綜合網(wǎng)絡(luò)平臺，達(dá)到多媒體綜合信息服務(wù)的目的。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字微波；模擬微波；比較改造

廣播電視的數(shù)字化包含數(shù)字終端設(shè)備（如電視機(jī)等）和數(shù)字信息傳輸設(shè)備（如光纖傳輸、衛(wèi)星傳輸、地面微波傳輸?shù)仍O(shè)備）。MMDS因其投入小、見效快等特點(diǎn)被縣級臺廣泛用作過渡傳輸手段，有限的頻率資源、傳輸距離、圖像質(zhì)量、加擾手段等實(shí)際已無法適應(yīng)廣播電視大容量、高清晰度、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男枰?。?shù)字技術(shù)為有線電視的發(fā)展提供了無限廣闊的空間。因此對現(xiàn)有微波設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化改造勢在必行。

1.廣播電視數(shù)字化傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)

1.1 頻道利用率高

數(shù)字壓縮技術(shù)是將模擬信號經(jīng)過抽樣、量化，變成數(shù)字信號（即模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換），再經(jīng)取樣壓縮編碼，驅(qū)除信號冗余度，以一定的壓縮比將信號頻帶壓窄，將其調(diào)制到載波上，這樣就提高了頻譜的利用率。接收則以相反的過程進(jìn)行：接收、解調(diào)、解碼、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換，視頻處理后還原成視頻信號。國際上目前主要有兩種數(shù)字壓縮傳輸標(biāo)準(zhǔn)比較流行，即MPEG-1和MPEG-2。廣播電視系統(tǒng)一般采用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，它可以將速率為200Mbit/s的數(shù)字視頻信號壓縮到15～15Mbit/s。在這種標(biāo)準(zhǔn)下，如果對壓縮信號采用64QAM調(diào)制方式，則CATV在每個8MHz帶寬的模擬電視頻道內(nèi)能傳送的碼率為37Mbit/s，扣除FEC等因素占用的碼率，凈速率>32Mbit/s。如果每個頻道平均速率為4～2Mbit/s，則一個8MHz模擬電視頻道就可同時傳輸8～16套電視節(jié)目，10個模擬頻道就能傳輸80～160套電視節(jié)目。省干線上的模擬微波均屬于調(diào)頻（FM）模擬微波，每套電視節(jié)目占有的帶寬為f0±10MHz。實(shí)際系統(tǒng)設(shè)備帶寬為34MHz，如果壓縮編碼信號采用QPSK調(diào)制和相干解調(diào)方式，則中容量480路數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)速率34*368Mbit/s，它所要求的微波通道傳輸帶寬為f0±8.5MHz。實(shí)際系統(tǒng)設(shè)備帶寬也為34MHz，如果每個電視頻道平均速率為8Mbit/s，則省干線上一個模擬頻道就至少可以同時傳輸4套高質(zhì)量的節(jié)目。由此可知，廣播電視數(shù)字化后可以成倍甚至成十倍地增加頻道的利用率。

1.2 接收門限電平低、傳輸距離遠(yuǎn)

原廣電部GY/T106-1999標(biāo)準(zhǔn)中提出了有線電視廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，下行模擬傳輸系統(tǒng)要求載噪比C/N≥43dB。歐廣聯(lián)（EBU）給出了圖像信號的5級評分標(biāo)準(zhǔn)，若要達(dá)到4級以上的良好質(zhì)量，則要求信噪比S/N≥36+6dB。在模擬信號的傳輸中，為防止信號的衰落，必須有6dB的衰落儲備量，因此模擬調(diào)幅微波傳輸鏈路中系統(tǒng)設(shè)計的載噪比C/N必須≥49dB。在模擬調(diào)頻微波傳輸鏈路中，由于S/N存在18dB調(diào)頻改善系數(shù)，所以C/N≥31dB就夠了。

同樣的模擬鏈路，如果采用數(shù)字壓縮編碼方式，中頻調(diào)制器采用64QAM正交幅度調(diào)制，在留有6dB儲備量之后，只需C/N≥28dB就能得到DVD的圖像質(zhì)量。

若采用QPSK相移鍵控調(diào)制，則只需C/N≥18dB就可以得到高質(zhì)量的圖像質(zhì)量。模擬調(diào)幅（AM）微波與64QAM調(diào)制數(shù)字微波相比，門限下降了約20dB；模擬調(diào)頻（FM）微波與QPSK調(diào)制數(shù)字微波相比，也相差約10dB。從上述分析不難得出數(shù)字微波比模擬微波傳輸距離遠(yuǎn)的結(jié)論。如果原設(shè)計模擬MMDS微波傳輸距離為40km，在同樣的有效發(fā)射功率、同樣的天饋、同樣的路由前提下，采用數(shù)字MMDS微波傳輸后，就能輕易地覆蓋100km以上的距離。這樣的覆蓋范圍對一個縣來說已足夠。

1.3 圖像質(zhì)量好，抗干擾能力強(qiáng)

由于采用了數(shù)字濾波、數(shù)字存儲及再生中繼技術(shù)，排除了噪聲和失真積累的影響，改善了圖像的信噪比，徹底消除了亮度干擾。接收機(jī)的載噪比C/N在門限值以上時，幾乎可以得到無損傷的還原，雖經(jīng)多級中繼、轉(zhuǎn)發(fā)也不會降低圖像質(zhì)量，因此數(shù)字電視傳輸?shù)膱D像質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模擬電視傳輸?shù)膱D像質(zhì)量。

2.數(shù)字載波調(diào)制方式的比較

前面提到的QPSK和64QAM都是數(shù)字信號的載波調(diào)制方式?；镜臄?shù)字載波調(diào)制方式有3種，即振幅鍵控（ASK）、頻率鍵控（FSK）和相位鍵控（PSK）。QPSK屬于相移鍵控，也叫正交移相鍵控或4相調(diào)制。64QAM屬于振幅相位聯(lián)合鍵控，也叫多電平正交振幅調(diào)制。經(jīng)理論分析證明：在抗噪聲性能上，PSK最好，F(xiàn)SK次之，ASK最差。在占據(jù)頻譜寬度上，ASK和PSK相同，F(xiàn)SK是ASK的幾倍。

經(jīng)過比較，得出這樣的結(jié)論：從抗噪聲性能和提高信道帶寬利用率的角度來看，相移鍵控是數(shù)字載波調(diào)制方式中最優(yōu)越的一種，在省干線上，多跳調(diào)頻模擬微波的改造用QPSK移相鍵控調(diào)制方式最合適。

64QAM是振幅相位聯(lián)合鍵控，頻帶利用率最高，是一種高效率的數(shù)字微波方式，但它的抗干擾能力比QPSK差，64QAM特別適用于數(shù)字MMDS及微波傳輸跳數(shù)不多的模擬微波改造上。

3.干線微波的數(shù)字改造

3.1 調(diào)頻模擬微波和數(shù)字微波收發(fā)信設(shè)備的比較

1）工作原理相同。模擬和數(shù)字微波都采用70MHz中頻調(diào)制器，進(jìn)行上變頻至微波頻率，再進(jìn)行微波傳輸，只是模擬微波設(shè)備在發(fā)信中頻調(diào)制后有一級限幅中放，而數(shù)字微波沒有限幅中放這一級，其他部分的工作原理是一樣的。

2）傳輸帶寬相同。現(xiàn)有模擬微波傳輸一套電視節(jié)目占有的帶寬為f0±17MHz，而小容量數(shù)字微波傳輸34Mbit/s速率的信號，當(dāng)中頻采用QPSK調(diào)制和同步相干解調(diào)方式時，它所要求的微波通道傳輸帶寬實(shí)際上也是f0±17MHz，因此兩者的傳輸帶寬要求是相同的。

3）模擬微波系統(tǒng)通道的部分傳輸性能指標(biāo)，如幅頻群時延指標(biāo)等均高于數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)通道性能要求，這無疑地減輕了模擬微波改數(shù)字微波的壓力。

4）現(xiàn)在的模擬微波器件都是全固態(tài)化的，F(xiàn)ET場效應(yīng)器件、線性放大器等代替了過去的行波管、高壓盤，為模擬微波改數(shù)字微波鋪平了道路。

3.2 需要解決的幾個問題

1）頻率穩(wěn)定度的問題

模擬微波傳輸信號采用中頻調(diào)頻調(diào)制，變頻用的本振采用微波介質(zhì)穩(wěn)頻振蕩器，其頻率穩(wěn)定度只能達(dá)10-4數(shù)量級。數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)傳輸電視信號采用中頻數(shù)字調(diào)制，經(jīng)過數(shù)字壓縮后的多套電視數(shù)字信號復(fù)接后對中頻進(jìn)行QPSK調(diào)制，上變頻到微波頻率進(jìn)行傳輸。它要求微波發(fā)信機(jī)線性指標(biāo)高，微波本振源的頻率穩(wěn)定度較高，不能低于10的-6次冪數(shù)量級，一般采用介質(zhì)穩(wěn)頻加鎖相穩(wěn)頻雙重技術(shù)進(jìn)行穩(wěn)頻，以達(dá)到這一要求。

2）相位噪聲問題

模擬微波采用調(diào)頻方式傳輸，對系統(tǒng)相位噪聲要求不高，而數(shù)字微波采用QPSK調(diào)制和相干解調(diào)方式，傳輸數(shù)字壓縮電視信號，因此要求系統(tǒng)的相位噪聲低于-70dBc/Hz。在模擬微波系統(tǒng)中，即使各站本振源分別達(dá)到了這個要求，但由于各微波站中頻轉(zhuǎn)接，并且經(jīng)過多次中繼后相位噪聲疊加，只有將傳輸設(shè)備的相位噪聲降低到-95dBc/Hz以下，整個系統(tǒng)才能滿足這一要求。

3）線性功放問題

調(diào)頻模擬微波的功放工作在非線性區(qū)，在早期發(fā)射機(jī)變頻器的前端還要增加一個限幅放大器。數(shù)字調(diào)相（QPSK）微波要求三階交調(diào)抑制>20dB，因此要求功放必須是線性放大器。

所以微波功放的線性度問題、微波頻率穩(wěn)定度問題及系統(tǒng)的相位噪聲問題一解決，數(shù)字化改造就基本成功了。

以上分析證明，模擬微波設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化改造不僅在理論上是可行的，在實(shí)踐上也是可行的。如遼寧省葫蘆島市廣電局等單位在國內(nèi)率先進(jìn)行了模擬微波改數(shù)字微波的嘗試，開了一個好頭。