散射通信在廣播電視信號(hào)傳輸中的多點(diǎn)廣播設(shè)計(jì)

邵建偉

摘要 邊遠(yuǎn)地區(qū)廣播電視信號(hào)通過(guò)發(fā)射站實(shí)現(xiàn)覆蓋，電視信號(hào)傳輸采用微波中繼方式或光纖方式，由于人員稀少，路途遙遠(yuǎn)，不易維護(hù)，成本過(guò)高，導(dǎo)致最終放棄。針對(duì)該支線(xiàn)鏈路難題，設(shè)計(jì)了基于散射通信點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)單向傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有超視距、寬頻帶、跨越復(fù)雜地形障礙的特點(diǎn)，可解決支線(xiàn)鏈路難題。

【關(guān)鍵詞】廣播電視信號(hào) 散射通信 邊遠(yuǎn)地區(qū)

1 引言

內(nèi)蒙、新疆和西藏地區(qū)，地廣人稀，農(nóng)牧民居住分散。電視節(jié)目信號(hào)向邊遠(yuǎn)農(nóng)牧區(qū)覆蓋是落實(shí)黨和人民政府惠農(nóng)政策，提高農(nóng)牧民文化娛樂(lè)活動(dòng)的重要途徑。目前地面數(shù)字電視干線(xiàn)傳輸網(wǎng)基本覆蓋了絕大多數(shù)縣旗級(jí)電視臺(tái)，提供幾十套高清電視節(jié)目。而偏遠(yuǎn)農(nóng)牧區(qū)往往通過(guò)衛(wèi)星接收機(jī)收看衛(wèi)視節(jié)目，無(wú)法看到當(dāng)?shù)仉娨暸_(tái)節(jié)目。但農(nóng)牧民更鐘愛(ài)于具有民族氣息的本地電視節(jié)目。如何設(shè)計(jì)、解決支線(xiàn)鏈路（縣級(jí)發(fā)射臺(tái)傳輸至鄉(xiāng)級(jí)發(fā)射臺(tái)）的信號(hào)傳輸問(wèn)題，本文進(jìn)行了探討。

2 行業(yè)需求

支線(xiàn)鏈路上的信號(hào)傳輸能否有效解決，是實(shí)現(xiàn)地方電視臺(tái)向農(nóng)牧區(qū)覆蓋的關(guān)鍵。在支線(xiàn)鏈路上，首先要解決從無(wú)到有的問(wèn)題，理想節(jié)目數(shù)量應(yīng)為8至16套，農(nóng)牧民通過(guò)八木定向天線(xiàn)接收發(fā)射臺(tái)信號(hào)，收看當(dāng)?shù)仉娨暪?jié)目。

在支線(xiàn)鏈路上，多為山地、沙漠、戈壁，且氣候惡劣，農(nóng)牧民群居但居住地分散不固定，鋪設(shè)光纖經(jīng)濟(jì)成本過(guò)高，通常采用建設(shè)多個(gè)微波中繼站的方式，解決信號(hào)傳輸問(wèn)題。微波中繼站需要選擇在障礙物的高點(diǎn)，站與站之間形成視距傳輸條件，而中繼站的選址地點(diǎn)通常荒無(wú)人煙，沒(méi)有道路、供電和供水等條件，環(huán)境十分惡劣，導(dǎo)致被迫放棄建設(shè)，使得很大一部分區(qū)域沒(méi)有實(shí)現(xiàn)信號(hào)覆蓋，村村通和村村響工作受到阻礙。

因此急需一種具有超視距寬帶無(wú)線(xiàn)傳輸能力，能夠跨越復(fù)雜地形的通信手段，而散射通信能夠很好的滿(mǎn)足這一需求。散射通信是利用距地面0-12km范圍內(nèi)對(duì)流層中大氣的不均勻性對(duì)電波的散射作用來(lái)實(shí)現(xiàn)在超視距范圍接收多徑的、時(shí)變的微弱電磁波信號(hào)的一種超視距無(wú)線(xiàn)通信方式。散射通信具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）通信距離遠(yuǎn)，可越障傳輸數(shù)十公里至數(shù)百公里：

（2）傳輸速率可達(dá)34Mbps;

（3）可承載4至8套電視節(jié)目（MPEG-2編碼）;

（4）傳輸媒質(zhì)永恒存在，可全天候工作，適應(yīng)海上、沙漠、平原和山區(qū)等多種地形環(huán)境。

散射通信可做點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)單向傳輸設(shè)計(jì)，同時(shí)可做中繼使用。

3 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)應(yīng)用設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)應(yīng)用形式

支線(xiàn)鏈路上，多為單向傳輸設(shè)計(jì)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)射臺(tái)接收節(jié)目信號(hào)后，通過(guò)本地發(fā)射機(jī)向周?chē)l(xiāng)村牧區(qū)覆蓋。為節(jié)省建設(shè)成本，系統(tǒng)可做點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)單向傳輸設(shè)計(jì)，由中心站和外圍站組成，中心站為發(fā)射端，外圍站為接收端。

圖1為散射通信點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)單向傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用形式示意圖，多個(gè)方向的發(fā)射臺(tái)可接收中心站的節(jié)目信號(hào)，當(dāng)在某一方向上存在多個(gè)接收站時(shí)，可同時(shí)接收;散射通信可做中繼組網(wǎng)使用，繼續(xù)延伸通信距離。

散射通信系統(tǒng)與現(xiàn)有廣電設(shè)備間系統(tǒng)互聯(lián)關(guān)系如圖2所示。

散射通信系統(tǒng)的一些關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)：

（1）工作頻率：C/X/Ku波段;

（2）通信距離：≤ 150km;

（3）傳輸速率：8/16/34Mbps;

（4）業(yè)務(wù)接口形式：ASI接口;

（5）傳輸延時(shí)：≤ 15ms。

3.2 中心站設(shè)計(jì)

中心站設(shè)計(jì)原理圖如圖3所示。

綜合考慮多點(diǎn)單向傳輸需求和經(jīng)濟(jì)性，中心站采用共用IDU和變頻單元方式，由每個(gè)變頻單元輸出4路信號(hào)，分別取一路經(jīng)2個(gè)ODU-T信號(hào)放大，連接2面天線(xiàn)，對(duì)準(zhǔn)一個(gè)外圍站。

IDU信號(hào)調(diào)制后，輸出中頻，經(jīng)變頻器調(diào)制到高頻，然后通過(guò)功分器輸出4路高頻信號(hào)，分別送給ODU-T，最后經(jīng)由天線(xiàn)發(fā)射。IDU和變頻單元放置在室內(nèi)使用，而ODU-T與天線(xiàn)放置在室外工作，為減少射頻損耗，ODU-T 一般背裝在天線(xiàn)后面，通過(guò)短射頻電纜連接。

室內(nèi)室外部分，經(jīng)射頻電纜連接，以5GHz高頻線(xiàn)纜損耗計(jì)算，50m拉遠(yuǎn)射頻線(xiàn)纜損耗約25dB，功分器信號(hào)衰減6dB，而功放可接受最低輸入激勵(lì)功率為2dBm，為滿(mǎn)足激勵(lì)要求，變頻器輸出功率至少應(yīng)為2+6+25=33dBm，系統(tǒng)設(shè)計(jì)變頻器輸出功率應(yīng)達(dá)到36dBm （4W），留出電平余量。

在中心站，4個(gè)方向上只需共用1套發(fā)射設(shè)備，每個(gè)外圍站配備1套接收設(shè)備，能夠完成4條鏈路的信號(hào)傳輸，極大降低了通信傳輸系統(tǒng)的建設(shè)成本。若在某個(gè)方向上有多個(gè)接收站，其成本降低幅度更大。

3.3 外圍站設(shè)計(jì)

接收端設(shè)計(jì)原理圖如圖4所示。

接收端天線(xiàn)接收射頻信號(hào)后，經(jīng)帶通濾波器濾除帶外干擾，LNA進(jìn)行低噪聲信號(hào)放大后，通過(guò)下變頻器將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成中頻信號(hào)，最終由IDU進(jìn)行信號(hào)處理解調(diào)，轉(zhuǎn)換為ASI業(yè)務(wù)碼流。在中頻電纜上，通過(guò)多工器復(fù)合傳輸鐘信號(hào)，中頻信號(hào)以及監(jiān)控信號(hào)。射頻部分只有低噪放、濾波器以及下變頻器，設(shè)備體積小，功耗低，便于安裝。

4 應(yīng)用價(jià)值

散射通信方式借助軍用技術(shù)民用化的政策契機(jī)，進(jìn)入廣電行業(yè)，以其單跳通信距離遠(yuǎn)、易于維修和成本費(fèi)用低等特點(diǎn)在廣電支線(xiàn)鏈路信號(hào)傳輸中有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

4.1 節(jié)目容量

目前在用的編碼器存在兩代標(biāo)準(zhǔn)：MPEG-2和AVS+ （MPEG-4）。散射業(yè)務(wù)帶寬16/34Mbps可選，基于MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的編碼器，假定每路電視節(jié)目標(biāo)清碼流設(shè)置為3.5Mbps，則可傳輸4至8套節(jié)目;基于AV S+標(biāo)準(zhǔn)的編碼器，每路電視節(jié)目標(biāo)清碼流約為2Mbps，則可傳輸8至16套的電視節(jié)目。散射通信的應(yīng)用，響應(yīng)了國(guó)家村村通、村村響工程建設(shè)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)在支線(xiàn)鏈路上向邊遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)牧民傳輸4至16套節(jié)目。

4.2 通信距離

對(duì)流層散射通信的傳輸質(zhì)量受氣候、地理等影響，在不同地點(diǎn)、環(huán)境有較大差異。一般傳輸質(zhì)量以全年傳播可靠度作為衡量指標(biāo)。

以?xún)?nèi)蒙古地區(qū)烏蘭花鎮(zhèn)至江岸河牧場(chǎng)為例，該鏈路通信距離達(dá)127km，選用1.8m天線(xiàn)，300w功放，傳輸16Mbps業(yè)務(wù)時(shí)，其全年傳播可靠度可達(dá)97.25%。

在多數(shù)支線(xiàn)鏈路上，通信距離約在30km至60km左右，相應(yīng)可選用低功率功放和小口徑天線(xiàn)，同時(shí)速率可提升至34Mbps。視具體鏈路情況，做全年傳播可靠度分析計(jì)算而定。

總之，散射通信解決了復(fù)雜環(huán)境下支線(xiàn)鏈路傳輸問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了電視節(jié)目從無(wú)到有，并盡可能提供更大帶寬傳輸多套節(jié)目，是村村通和村村響工作順利開(kāi)展的有力保障。

4.3 系統(tǒng)兼容性

系統(tǒng)業(yè)務(wù)接口采用廣電認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)ASI接口，在中心站可與編碼器對(duì)接，在接收站可與激勵(lì)器對(duì)接，應(yīng)用十分方便，系統(tǒng)互聯(lián)穩(wěn)定可靠。同時(shí)系統(tǒng)提供IP透?jìng)鹘涌?，可引接其他業(yè)務(wù)，或做中繼使用。

4.4 無(wú)人值守應(yīng)用

在偏遠(yuǎn)地區(qū)，如邊境地區(qū)，建設(shè)無(wú)人值守站，可使用散射通信系統(tǒng)建立雙向傳輸鏈路。在發(fā)射臺(tái)內(nèi)安裝監(jiān)控?cái)z像頭以及遠(yuǎn)控設(shè)備。工作人員通過(guò)回傳鏈路可遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控和遠(yuǎn)程操控，及時(shí)了解機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備工作狀態(tài)，防范火災(zāi)、盜竊等緊急情況，方便了日后的維護(hù)管理。

4.5 經(jīng)濟(jì)性

散射通信與傳統(tǒng)微波中繼通信相比，節(jié)省了微波中繼站的土建、道路、供電、供水、鐵塔機(jī)房建設(shè)，維護(hù)維修，日后運(yùn)營(yíng)管理等費(fèi)用;較鋪設(shè)光纖而言，更是一種最優(yōu)的選擇。在多向傳輸應(yīng)用時(shí)，中心站部分設(shè)備共用，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)建設(shè)成本。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)流層散射通信憑借其單跳跨距大、傳輸速率高、架設(shè)方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效解決支線(xiàn)鏈路信號(hào)傳輸問(wèn)題，是實(shí)現(xiàn)邊遠(yuǎn)地區(qū)電視信號(hào)覆蓋的重要途徑。

邊遠(yuǎn)地區(qū)，可能存在沙塵天氣，其影響不可小覷，工程實(shí)踐中應(yīng)考慮其對(duì)信號(hào)衰落的影響，留出足夠的電平余量。

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