基于廣播電視微波數(shù)字化設(shè)備的技術(shù)探討

秦 偉

（山西廣播電視無線管理中心，山西 太原 030001）

0 引 言

近年來，我國現(xiàn)代通信技術(shù)的水平在不斷提升，而且在各個不同技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，推動著廣播電視發(fā)射傳輸技術(shù)不斷向前發(fā)展。目前，廣播電視信號無線傳輸主要利用衛(wèi)星和微波等傳播手段將多樣化的節(jié)目傳輸?shù)桨l(fā)射單位，然后通過發(fā)射機(jī)進(jìn)行發(fā)射播出，將其呈現(xiàn)在大眾眼前。微波傳輸中使用了諸多舊技術(shù)，且新技術(shù)受多種因素的影響得不到廣泛應(yīng)用，尚無法滿足大眾的要求。因此，分析探討當(dāng)前使用的技術(shù)，促進(jìn)新技術(shù)和舊技術(shù)的融合發(fā)展，提高傳輸?shù)馁|(zhì)量和容量，最終解決限制當(dāng)前廣播電視技術(shù)發(fā)展的問題，以提高信號傳輸?shù)挠行浴⒎€(wěn)定性以及可靠性，確保安全傳輸。

1 數(shù)字微波收信技術(shù)分析

實(shí)際使用微波收信關(guān)鍵技術(shù)的過程中，需要通過研究分析當(dāng)前國家廣播電視總局對微波設(shè)備制定的各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，制定出合理的管理維護(hù)機(jī)制，以提高安全傳輸?shù)母黜?xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

1.1 數(shù)字濾波技術(shù)

數(shù)字濾波技術(shù)是微波通信中的關(guān)鍵技術(shù)。它的好壞直接關(guān)系著微波設(shè)備和整個通信系統(tǒng)的性能。數(shù)字濾波技術(shù)主要應(yīng)用于微波傳輸信號接收。現(xiàn)階段，微波天線一般是全向天線，對于某一個通信信道來說頻率是單一且固定的，因此需要對收到的信號進(jìn)行濾波。對微波設(shè)備來說，同一設(shè)備不同系統(tǒng)的頻率也各不相同，因此需進(jìn)行帶通濾波。

目前，隨著5G基站的不斷開工建設(shè)及民航等無線通信設(shè)備的升級換代，微波通信也面臨著極大挑戰(zhàn)，頻率也存在隨時被干擾的可能，因此濾波技術(shù)顯得尤為重要。目前，一些具有帶內(nèi)平坦度和線性相位的數(shù)字濾波器不斷涌現(xiàn)，對微波通信的發(fā)展具有極大的促進(jìn)作用[1]。

1.2 自適應(yīng)均衡技術(shù)

微波是一種電磁波，具有波粒二象性，在傳輸過程中會發(fā)生反射、折射以及散射，會造成微波信號到達(dá)同一接收天線的路徑有多條。因此，多徑干擾是微波通信中不得不面對的問題，多徑干擾的示意圖如圖1所示。這種干擾通過加大發(fā)信功率無法解決，而自適應(yīng)均衡技術(shù)是解決多徑干擾的一種手段，在微波通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了良好的效果。

多徑干擾會造成頻率選擇性衰落，其實(shí)是在某一個頻率上會產(chǎn)生衰落而在其他頻率不發(fā)生衰落。自適應(yīng)均衡器就是為它量身定做的，通過訓(xùn)練學(xué)習(xí)信道的特征自動調(diào)整抽頭的參數(shù)，產(chǎn)生與信道相反的特性，對存在衰落頻率的信號進(jìn)行補(bǔ)償均衡，有效克服多徑干擾帶來的時延拓展和電平的快速衰落[2]。

人們對濾波器最早的探索靈感來自于天文學(xué)。在觀測星體的運(yùn)動軌跡時，為使結(jié)果更加準(zhǔn)確，開始了對均衡理論的探究。在20世紀(jì)50年代末期，涌現(xiàn)大量的研究人員研究自適應(yīng)濾波器。這項(xiàng)技術(shù)最早應(yīng)用在電話信道，由于生產(chǎn)技術(shù)的限制，均衡器的參數(shù)需要人們手動調(diào)整，不能很好地適應(yīng)外界信道的變化，所以只適合特定的場合。

過去普遍使用的無線通信系統(tǒng)中，絕大多數(shù)均衡器需要通過采用特定的硬件才能生產(chǎn)，且器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一旦成形無法調(diào)整和改變，很大程度上限制了其應(yīng)用。目前，集成電路芯片的制造工藝和軟件無線電技術(shù)以超乎人們想象的速度迅猛發(fā)展，數(shù)字信號處理器的性能得到了長足提升，應(yīng)用場景也變得多樣化。用數(shù)字信號處理器設(shè)計(jì)自適應(yīng)均衡器功耗更小，實(shí)現(xiàn)起來非常簡單，更便于集成模塊化，運(yùn)行速度更快，收斂性和魯棒性更好，且可以使用針對性的算法適應(yīng)不同的信道環(huán)境。由于集成電路的工藝水平和技術(shù)性能爆炸式發(fā)展，中央處理器處理的運(yùn)算速度和精準(zhǔn)度不斷突破壁壘，為自適應(yīng)均衡器提供了堅(jiān)強(qiáng)的保障。

目前，隨著電子元器件制作工藝和處理器性能的不斷提升，自適應(yīng)均衡技術(shù)得到了快速發(fā)展，但目前微波傳輸?shù)男诺烂媾R著極大挑戰(zhàn)。城市里高樓聳立，5G基站的建立等都對微波傳輸帶來了極大挑戰(zhàn)。因此，相關(guān)技術(shù)維護(hù)人員在掌握現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的同時，也要思考目前面臨的挑戰(zhàn)，對現(xiàn)有的短板和不足提出有效合理的解決辦法，確保廣播電視信號安全傳輸。

1.3 分集技術(shù)

微波電路實(shí)際運(yùn)行中因?yàn)榇嬖诙鄰礁蓴_，會產(chǎn)生頻率選擇性衰落，進(jìn)而出現(xiàn)時延拓展和快衰落現(xiàn)象，或出現(xiàn)BBE（背景塊誤碼）和SES（嚴(yán)重誤碼秒），嚴(yán)重時會發(fā)生OFS（幀丟失），而采用頻率分集和空間分集能有效克服這些問題。

頻率分集技術(shù)主要是利用兩個或兩個以上具有一定間隔的微波頻率同時發(fā)送或接收同一個信號，最后進(jìn)行挑選合成。這要求分集信號不相關(guān)或相關(guān)性非常小，避免分集信號和主用信號同時發(fā)生深衰落。頻率分集技術(shù)一般可分為同頻段分集和跨頻段分集。例如，在6 GHz和11 GHz微波頻率中，選擇11 GHz作為主用工作頻段，6 GHz作為分集頻段，能有效避免多徑衰落和雨水造成的衰落。

空間分集技術(shù)主要是合理運(yùn)用兩個或多個垂直高度的接收天線，同時接收一個發(fā)射天線的微波傳輸信號，然后從中挑選一個較好的信號。因?yàn)椴煌炀€收到的各個信號路徑不同，所以存在時延，在初次安裝調(diào)試微波設(shè)備時需要調(diào)整設(shè)置時延參數(shù)。采用兩個固定天線進(jìn)行接收同一信號，合理選擇兩個天線間的高度差，使得兩個天線可以互補(bǔ)，從而克服多徑衰落帶來的影響。

在微波通信技術(shù)發(fā)展和技術(shù)水平提升的背景下，高性能及高質(zhì)量信號調(diào)制技術(shù)不斷涌現(xiàn)，從而能有效緩解信號受到多徑干擾帶來的影響，提高分集技術(shù)的效果，為提升信道質(zhì)量和傳輸?shù)目煽啃源蛳铝己没A(chǔ)，從而應(yīng)用于微波數(shù)字化設(shè)備，滿足廣播電視安全傳輸對微波通信提出的技術(shù)要求[3]。

2 數(shù)字微波發(fā)信技術(shù)分析

2.1 數(shù)字調(diào)制技術(shù)

數(shù)字調(diào)制技術(shù)較傳統(tǒng)的模擬調(diào)制有眾多的優(yōu)越性，如保密性好、可進(jìn)行差錯控制以及便于集成等，因此在微波通信中得到了廣泛應(yīng)用。QAM（正交幅度調(diào)制）是在SDH（同步數(shù)字體系）中采用最多的調(diào)制方式。針對微波通信設(shè)備維護(hù)管理來講，維護(hù)管理人員必須要熟悉調(diào)制器的工作原理，通過網(wǎng)管系統(tǒng)分析傳送信號的接收情況，及時發(fā)現(xiàn)信號受干擾和衰落等影響無法準(zhǔn)確接收信號的情況并進(jìn)行相應(yīng)的處理。主管站通過網(wǎng)絡(luò)管理軟件觀察分析各數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊是否工作正常，查看收發(fā)信電平指標(biāo)是否處于正常范圍，確保設(shè)備可靠運(yùn)行。

2.2 中頻放大器

中頻放大器在數(shù)字微波通信設(shè)備中處在承上啟下的位置。信號頻率應(yīng)處于基帶信號和射頻信號中間。受電子工藝限制，頻率不能過高，一般為140 MHz，主要作用是放大中頻信號。日常維護(hù)過程中，需注重中頻放大器的維護(hù)與檢修工作，可以使用萬用電表直流電壓檔位對測試點(diǎn)進(jìn)行測試，檢測其是否工作正常[4]。

2.3 功率放大器

微波信號在傳輸過程中容易受多種因素影響導(dǎo)致信號衰落，嚴(yán)重影響性能的發(fā)揮。因此，需合理運(yùn)用功率放大器有效放大信號，從而滿足微波電路的技術(shù)指標(biāo)需求。信號在大氣中傳輸會受天氣等影響導(dǎo)致信號衰落，甚至?xí)霈F(xiàn)信號中斷的現(xiàn)象，這在微波通信中是不能容忍的。加大發(fā)信功率，提高衰落儲備，發(fā)揮功率放大器的功效，才能保障信號在惡劣環(huán)境下正常傳輸，且不影響傳輸效果。功率放大器的調(diào)制方法需嚴(yán)格遵守放大器的線性特性。另外，受信道環(huán)境影響造成對端收信電平降低，收到的傳輸信號誤碼嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)幀丟失等現(xiàn)象時，技術(shù)維護(hù)人員可通過網(wǎng)管提高發(fā)信端發(fā)信功率或選擇使用自動發(fā)信功率控制技術(shù)，克服天氣等環(huán)境造成的空間衰落，充分發(fā)揮功率放大器的作用，提高信號傳輸?shù)目煽啃院陀行浴?/p>

2.4 自動發(fā)信功率控制

數(shù)字微波設(shè)備在運(yùn)行時，為降低功耗且保證達(dá)到電路可靠穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)指標(biāo)，可根據(jù)收信電平指標(biāo)的大小自動選擇發(fā)信功率的大小。這樣既能保障微波電路正常運(yùn)行，又能靈活調(diào)整微波發(fā)信機(jī)所輸出的功率，提升微波設(shè)備的運(yùn)行效率。此外，自動發(fā)信功率控制能確保微波發(fā)信模塊在設(shè)定的最大值和最小值間正常工作，避免受惡劣環(huán)境影響而導(dǎo)致信號中斷。

3 同步網(wǎng)技術(shù)分析

數(shù)字微波設(shè)備在運(yùn)行時，信號之間在頻率或相位上必須保持同步。如果不同步，將會對傳輸業(yè)務(wù)造成影響：對于語言業(yè)務(wù)，偶爾會發(fā)出咔咔聲；對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，會導(dǎo)致丟幀或數(shù)據(jù)重傳；對于圖像業(yè)務(wù)，會造成圖像定格或黑屏。

對數(shù)字微波來說，一般會采用分布式多基準(zhǔn)時鐘。一般把時鐘分成3個等級，分別對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)核心層、匯聚層以及接入層。一級時鐘又叫主參考時鐘，一般為銫鐘。由于工藝水平的限制、采購的難度以及設(shè)備壽命的影響，運(yùn)營商選擇在5個城市布置銫鐘，配備在省中心局。為提高系統(tǒng)可靠性，通常還會在省內(nèi)另選一個樞紐樓配備同樣的時鐘形成主備關(guān)系。二級時鐘由機(jī)房定時供給系統(tǒng)（BITS）提供，通常應(yīng)用在有著大量數(shù)字設(shè)備的中心局，負(fù)責(zé)跟蹤一級時鐘并給物理節(jié)點(diǎn)的數(shù)字設(shè)備輸出定時時鐘。三級時鐘為同步設(shè)備時鐘（SEC），廣泛應(yīng)用于傳輸網(wǎng)的大量的網(wǎng)元設(shè)備。

同步方式有準(zhǔn)同步、主從同步以及混合同步3種。準(zhǔn)同步是在網(wǎng)絡(luò)的每個局點(diǎn)設(shè)置高級別時鐘，每個時鐘連接自己的業(yè)務(wù)設(shè)備，具有漂移低和組網(wǎng)簡單靈活的特點(diǎn)，但存在可靠性低和不可消除的周期性滑動等缺點(diǎn)。主從同步采用分級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在同步網(wǎng)中設(shè)置1～2個主時鐘，其他時鐘通過時鐘鏈路同步于主時鐘，可靠性高，投資較少，但存在定時同步環(huán)路的缺點(diǎn)?；旌贤浇Y(jié)合了兩者的優(yōu)勢，把網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的同步區(qū)間，在同一個同步區(qū)間采用主從同步，安全性高，穩(wěn)定性好，一般運(yùn)營商都采用這種方式。

4 結(jié) 論

當(dāng)前廣播電視面臨著新興媒體的沖擊和挑戰(zhàn)，需要高度重視高新技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。因此，分析目前微波數(shù)字化設(shè)備的使用情況及存在的不足，通過技術(shù)改良與優(yōu)化，確保能在關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得較大突破，提高廣播電視信號微波傳輸?shù)男Ч岣邆鬏數(shù)挠行?、可靠性以及穩(wěn)定性，積極發(fā)揮自身作用，確保能夠及時傳達(dá)黨中央的政策方針，從而充分滿足人們的生活需要。