數(shù)字電視模擬微波傳輸系統(tǒng)數(shù)字化改造方案

王人磊

(昆明廣播電視臺技術(shù)部，云南昆明 650118)

根據(jù)國家工信部要求，將現(xiàn)有傳統(tǒng)的模擬微波通信傳輸系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行改造，但如何采取更加穩(wěn)妥、投入資金少，且在不破壞原有設(shè)施的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。基于以上考慮，建設(shè)一個高標(biāo)準(zhǔn)的光纖傳輸網(wǎng)，已成為對現(xiàn)有通信網(wǎng)進(jìn)行低成本數(shù)字化改造的選擇。

1 原理基礎(chǔ)

1.1 信號處理相關(guān)

(1)音頻、視頻復(fù)合方式。模擬微波的基本原理較為簡單，只需將視頻信號與調(diào)制到副載波上的音頻信號直接相加即可，而對于數(shù)字微波而言，需要將壓縮后的視、音頻信號打包后使其變?yōu)閭鬏敶a流。

(2)信道信號的預(yù)處理。模擬微波為了改善信噪比和高次諧波的串?dāng)_，故采取相關(guān)加重措施來調(diào)節(jié)信號的帶寬。為了增加通信的可靠性，采用信道編碼，或為了增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，在原碼流中插入某種編碼的過程［2］。

(3)解調(diào)與調(diào)制。模擬微波的調(diào)制過程是對信號進(jìn)行波形的變換;而對于數(shù)字微波而言，對中頻信號進(jìn)行的鍵控過程就是調(diào)制。對于數(shù)字信號的調(diào)制，即數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成可傳播的信號。而解調(diào)即為調(diào)制的逆過程。

(4)指標(biāo)方面?；鶐盘栐谀M微波上講是連續(xù)的，可用保真度和信噪比表達(dá)［3］，誤碼率是主要參數(shù)指標(biāo)，模擬微波的各項指標(biāo)狀態(tài)會對信號質(zhì)量的優(yōu)劣產(chǎn)生重要影響。這一過程是連續(xù)的。

1.2 收、發(fā)信相關(guān)分析

(1)工作原理。中頻調(diào)制器的使用上，模擬和數(shù)字微波采用的均是70 MHz，首先上邊頻率至微波頻率，微波傳輸過程其次，除了跟數(shù)字微波無限幅中放這一級有不同之處以外，其余工作原理基本相同［4］。(2)模擬微波系統(tǒng)通道的部分傳輸性能指標(biāo)。為了增加通信的可靠性，采用信道編碼，或為了增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，在原碼流中插入某種編碼的過程。(3)模擬微波器件的現(xiàn)狀。如今的微波模擬化器件均是全固態(tài)化的，如線性放大器、FET場效應(yīng)管等器件已代替了過去的高壓盤和行波管，這種新趨勢為模擬微波改造成為數(shù)字微波打下了基礎(chǔ)。

2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)參照

根據(jù)實際要求，同時考慮兼容現(xiàn)有設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)，并保護(hù)現(xiàn)有的設(shè)施及資源，在數(shù)字化改造中的具體設(shè)計應(yīng)遵循以下的設(shè)計原則［5－6］:(1)以小的投資產(chǎn)出最大化的利益，數(shù)字化改造后的系統(tǒng)應(yīng)既能達(dá)到當(dāng)前的需要，又可考慮到日后擴(kuò)容的需要。(2)要保證在高起點的改造基礎(chǔ)上，使改造后的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有可用性、穩(wěn)定性、先進(jìn)性、可靠性和易于維護(hù)性。(3)在改造過程中應(yīng)采用成熟先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備，使其具有更大的先進(jìn)性和超前性。

3 方案的設(shè)計與系統(tǒng)的調(diào)試

3.1 方案設(shè)計

經(jīng)技術(shù)層面上的論證分析，并與現(xiàn)有的數(shù)字微波設(shè)備作了比較，確定了對現(xiàn)有的系統(tǒng)進(jìn)行改造的初步方案，即數(shù)字化改造。數(shù)字化改造的發(fā)信、收信系統(tǒng)模型如圖1和圖2所示。

圖1 發(fā)信單元

圖2 收信單元

在設(shè)計中，模擬電視信號及立體聲廣播信號分別通過視頻編碼器和音頻編碼器處理，模擬信號被分別量化、編碼壓縮轉(zhuǎn)換成適合傳輸?shù)腡S流，將上述生成的TS流分別送入2臺復(fù)用器進(jìn)行各自獨立復(fù)合生成相同的兩個待調(diào)制的TS流，2臺64 QAM調(diào)制器將各自送入的待調(diào)制TS流調(diào)制為兩路70 MHz的中頻信號，信號經(jīng)分路器傳輸至數(shù)字化改造后的6 GHz微波發(fā)訊機(jī)進(jìn)行發(fā)射。

具體設(shè)計實施方案如下:

(1)頻率的穩(wěn)定度。根據(jù)微波本振源的頻率穩(wěn)定度不能低于10－6數(shù)量級這一硬性要求，應(yīng)采用兩種方式進(jìn)行穩(wěn)頻，即介質(zhì)穩(wěn)頻加鎖相穩(wěn)頻，否則誤碼率將會顯著增大。

(2)線性功放方面。模擬微波發(fā)信機(jī)正常工作的條件是其功放只有在接近飽和點的非線性狀態(tài)下才可運(yùn)行，故為了降低成本，充分利用好原有設(shè)施，在實施改造中可采取一些措施來進(jìn)行彌補(bǔ)，例如通過降低發(fā)信機(jī)的功率和犧牲放大器的線性指標(biāo)等措施來進(jìn)行權(quán)衡。

(3)信道容量計算。碼率C與符號率SR的關(guān)系是

其中，m為單位碼元對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息的比特數(shù)。傳輸時，符號率(SR)和傳輸帶寬(BW)的關(guān)系是

式中，α是低通濾波器的滾降系數(shù)，當(dāng)其取值為0時，頻帶利用率最高，占用的帶寬最小，但由于波形拖尾振蕩起伏大，易造成碼間干擾;當(dāng)其取值為1時，帶外特性呈平坦特性，占用的帶寬最大，為α=0時的兩倍。在數(shù)字電視系統(tǒng)中，取 α =0.16，一個8 Mbit·s－1物理帶寬的模擬頻道其符號率為

采用64QAM調(diào)制方式，其信道碼率為

經(jīng)MPEG－2編碼器壓縮的數(shù)字電視音視頻信號的容量約為6 Mbit·s－1，立體聲信號經(jīng)編碼壓縮其的容量約為1.5 Mbit·s－1。系統(tǒng)采用64 QAM調(diào)制方式傳輸，滿足現(xiàn)場傳輸要求［7］。

3.2 系統(tǒng)調(diào)試

發(fā)信機(jī)功放的功率

最大發(fā)信功率為W，其增益

自由空間損耗

天線增益

系統(tǒng)天線直徑為2 m，則其增益

因此，系統(tǒng)實際測試饋線分路系統(tǒng)總衰耗 Lb=15 dBm。收信機(jī)設(shè)備入口門限電平要求＞－70 dBm。系統(tǒng)理論設(shè)計電平滿足實際收信機(jī)的技術(shù)指標(biāo)要求。

因現(xiàn)在實際傳輸距離較短，為了達(dá)到進(jìn)一步提高線性指標(biāo)的目的，現(xiàn)將發(fā)信功率調(diào)低至0.6 W，這能更好地保證相位噪聲的指標(biāo)［8］。由此，功率便得以降低，實際應(yīng)用中，系統(tǒng)載噪比＞35 dB，其＞20 dB的冗余量，且因收信機(jī)系統(tǒng)門限電平較低，故不會對信號的實際傳輸效果產(chǎn)生較大的影響。

3.3 改造后的作用及意義

經(jīng)上文的分析可以得出，在對原有的模擬微波傳輸系統(tǒng)經(jīng)一定的改造后，各項指標(biāo)能達(dá)到我國通信系統(tǒng)的具體線性要求，且不會對現(xiàn)有的通訊設(shè)施產(chǎn)生實質(zhì)性的破壞。在我國通信事業(yè)的全面布局下，對原有網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化改造將會逐步進(jìn)行，以逐步達(dá)到國際先進(jìn)水平。本方案在解決這一問題上做的探索是積極有益的，通過實際項目經(jīng)驗來對問題進(jìn)行分析，符合現(xiàn)階段我國的通信行業(yè)具體情況。

4 結(jié)束語

對模擬微波傳輸數(shù)字化改造的經(jīng)驗表明:數(shù)字化改造是可行的，為充分利用現(xiàn)有的設(shè)備和資源，節(jié)省投資提供了一條理想的途徑。數(shù)字化改造后的微波傳輸系統(tǒng)，在未來通信布局起到了積極的推動作用。數(shù)字化改造后，可進(jìn)行一系列的業(yè)務(wù)改善，例如數(shù)字相關(guān)業(yè)務(wù)，與現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)相互依托，可開拓多媒體市場，為建立綜合信息業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)提供了必要條件。

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