數(shù)字電視遠(yuǎn)距離傳輸系統(tǒng)解決方案

【摘要】在解決偏遠(yuǎn)地區(qū)數(shù)字電視覆蓋問(wèn)題時(shí)，信號(hào)的傳輸是首要難題，傳統(tǒng)的光纜與早期使用的模擬微波系統(tǒng)都不適合。文章介紹了數(shù)字微波的優(yōu)勢(shì)及其關(guān)鍵技術(shù)，并通過(guò)數(shù)字微波系統(tǒng)在內(nèi)蒙古某地的應(yīng)用闡述了數(shù)字微波如何解決數(shù)字電視遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯?wèn)題。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電視 數(shù)字微波 遠(yuǎn)距離傳輸

1概述

我國(guó)幅員遼闊，農(nóng)村的土地面積占絕大部分，如何豐富廣大農(nóng)村的精神文化生活，提高廣大農(nóng)民的知識(shí)水平和受教育程度，是我國(guó)宣傳領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。由于農(nóng)村地區(qū)地形復(fù)雜、地廣人稀等因素，鋪設(shè)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)成本過(guò)高且施工周期較長(zhǎng)，需采用無(wú)線(xiàn)方式來(lái)進(jìn)行覆蓋。主站一般建設(shè)在高山上，同前端機(jī)房、各專(zhuān)用數(shù)字解碼器等設(shè)備之間的距離較遠(yuǎn)，有時(shí)達(dá)幾十公里。如何傳輸高質(zhì)量的數(shù)字信號(hào)，是無(wú)線(xiàn)覆蓋方式中一個(gè)現(xiàn)實(shí)而迫切的問(wèn)題。本文將介紹數(shù)字微波如何解決此問(wèn)題。

2數(shù)字微波

2.1 微波與光纜相比較

與光纜相比，微波的優(yōu)勢(shì)主要有：

（1）抵御自然災(zāi)害的能力強(qiáng)。如在地震、洪災(zāi)等災(zāi)害中，在其它通信手段失效的情況下，微波能保證通信和廣播電視信號(hào)的暢通。

（2）受地理環(huán)境的限制小，應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力強(qiáng)。微波信號(hào)既可翻山又可跨海，而且隨著微波設(shè)備集成度的提高，使用攝像微波傳送一體機(jī)，很容易在突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)傳輸。

（3）建設(shè)和維護(hù)成本較低。特別是在山區(qū)及人煙稀少的地區(qū)，敷設(shè)光纜非常困難，而且成本會(huì)很高。

2.2 數(shù)字微波與模擬微波比較

由于微波傳輸不可替代的優(yōu)勢(shì)和數(shù)字微波的諸多優(yōu)點(diǎn)，數(shù)字微波將成為數(shù)字電視遠(yuǎn)距離傳輸?shù)目煽客緩健?/p>

2.3 數(shù)字微波的關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)字微波的技術(shù)體制被確定為同步數(shù)字系列SDH（Synchronous Digital Hierarchy），其關(guān)鍵技術(shù)如下：

（1）編碼調(diào)制技術(shù)

微波是一種頻帶受限的傳輸媒質(zhì)，根據(jù)ITU-R建議，我國(guó)在4GHz～11GHz頻段采用的波道間隔大都為28MHz～30MHz及40MHz。要在有限的頻帶內(nèi)傳輸SDH信號(hào)，必須采用更高的調(diào)制技術(shù)（如256QAM）。

（2）交叉極化干擾抵消（XPIC）技術(shù)

為了進(jìn)一步增加系統(tǒng)容量，提高頻譜利用率，在數(shù)字微波系統(tǒng)中除了采用多狀態(tài)調(diào)制技術(shù)（64QAM、128QAM或512QAM調(diào)制）外，還采用雙極化頻率復(fù)用技術(shù)，使單波道數(shù)據(jù)傳輸速率成倍增長(zhǎng)。但在出現(xiàn)多徑衰落時(shí)，交叉極化鑒別率（XPD）會(huì)降低，從而產(chǎn)生交叉極化干擾。為此，需要一個(gè)交叉極化抵消器，用以減小來(lái)自正交極化信號(hào)的干擾。

自適應(yīng)交叉極化干擾抵消技術(shù)的基本原理是從與傳輸信號(hào)相正交的干擾信道中取出部分信號(hào)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后與有用信號(hào)相加，用以抵消疊加在有用信號(hào)上的來(lái)自正交極化信號(hào)的干擾。原則上干擾抵消過(guò)程可以在射頻、中頻和基帶上進(jìn)行。XPIC技術(shù)對(duì)干擾的抑制能力一般可達(dá)15dB左右。

（3）自適應(yīng)頻域和時(shí)域均衡技術(shù)

當(dāng)系統(tǒng)采用多狀態(tài)QAM調(diào)制方式時(shí)，要達(dá)到ITU-R所規(guī)定的性能指標(biāo)，對(duì)多徑衰落必須采取相應(yīng)的對(duì)抗措施；考慮到ITU-R將不再給數(shù)字微波系統(tǒng)提供額外的差錯(cuò)性能配額，因此抗衰落措施必須是強(qiáng)有力的。在各種抗衰落技術(shù)中，除了分集接收技術(shù)外，最常用的技術(shù)是自適應(yīng)均衡技術(shù)，包括自適應(yīng)頻域均衡技術(shù)和自適應(yīng)時(shí)域均衡技術(shù)。

頻域均衡主要用于減少頻率選擇性衰落的影響，即利用中頻通道插入的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的頻率特性去補(bǔ)償實(shí)際信道頻率特性的畸變；時(shí)域均衡用于消除各種形式的碼間干擾，可用于最小相位和非最小相位衰落（為消除正交干擾，可引進(jìn)二維時(shí)域均衡器）。

（4）高線(xiàn)性功放和自動(dòng)發(fā)射功率控制

多狀態(tài)調(diào)制技術(shù)對(duì)傳輸信道，特別是高功率放大器的線(xiàn)性提出了嚴(yán)格的要求。例如，對(duì)采用64QAM的系統(tǒng)而言，要求傳輸信道的三階交調(diào)失真比主信號(hào)至少低45dB。若采用128QAM或256QAM調(diào)制技術(shù)，則要求更嚴(yán)。為滿(mǎn)足系統(tǒng)總傳輸性能的要求，除了對(duì)微波高功放采取輸出回退措施外，還要采取一些非線(xiàn)性的補(bǔ)償技術(shù)，如加中頻或射頻失真器或采用前饋技術(shù)等來(lái)改善放大器的線(xiàn)性。

自動(dòng)發(fā)射功率控制（ATPC）技術(shù)的關(guān)鍵是微波發(fā)信機(jī)的輸出功率在ATPC的控制范圍內(nèi)自動(dòng)地隨接收端接收電平的變化而變化。采用ATPC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，降低了同一路由相鄰系統(tǒng)的干擾，減小了上衰落對(duì)系統(tǒng)的影響，降低了電源消耗和非線(xiàn)性失真。

（5）大規(guī)模專(zhuān)用集成電路（ASIC）設(shè)計(jì)技術(shù)

3數(shù)字微波系統(tǒng)

數(shù)字微波系統(tǒng)框圖如圖1所示：

數(shù)字微波系統(tǒng)主要由STM-1網(wǎng)絡(luò)適配器、微波室內(nèi)單元、微波室外單元及微波天線(xiàn)組成。

前端機(jī)房的電視信號(hào)經(jīng)編碼、復(fù)用、加擾后形成多路已加擾的TS流，這些TS流信號(hào)輸入到STM-1網(wǎng)絡(luò)適配器的TS流輸入接口，輸出一路STM-1電信號(hào)到8GHz數(shù)字微波的室內(nèi)IDU單元，經(jīng)IDU變成中頻信號(hào)后由同軸電纜送給塔上ODU單元，再由Φ2.5m拋物面天線(xiàn)發(fā)射。同樣，接收端拋物面天線(xiàn)將接收下來(lái)的8GHz微波信號(hào)經(jīng)ODU單元變成中頻輸入到室內(nèi)IDU單元處理后送入STM-1網(wǎng)絡(luò)適配器，經(jīng)STM-1網(wǎng)絡(luò)適配器轉(zhuǎn)換成TS流輸出，完成數(shù)字信號(hào)再生。

3.1 STM-1網(wǎng)絡(luò)適配器

STM-1是STM（Synchronous Transport Module，同步傳輸模塊）的一種，其傳輸速率為155.520Mbps。STM-1網(wǎng)絡(luò)適配器完成MPEG-2 TS碼流與SDH網(wǎng)絡(luò)之間的STM-1接口適配與協(xié)議轉(zhuǎn)換，可同時(shí)輸入4路ASI（Asynchronous Serial Interface，異步串行接口，用于傳送碼流）碼流并簡(jiǎn)單復(fù)用成1路STM-1輸出。

3.2 數(shù)字微波室內(nèi)單元（IDU）

IDU將STM-1網(wǎng)絡(luò)適配器輸出的155.52Mbps的SDH電信號(hào)調(diào)制成128QAM的中頻信號(hào)，或?qū)DU傳來(lái)的128QAM中頻信號(hào)還原成15.52Mbps的SDH電信號(hào)，提供2路（反向/正向）服務(wù)通道。

3.3 數(shù)字微波室外單元（ODU）

ODU將室內(nèi)單元上傳的128QAM調(diào)制中頻信號(hào)上變頻至8G微波頻段，并對(duì)其進(jìn)行放大后通過(guò)微波天線(xiàn)傳輸，或?qū)⑽⒉ㄌ炀€(xiàn)接收到的8G微波信號(hào)放大下變頻后傳給室內(nèi)單元。

3.4 室內(nèi)單元與室外單元的連接

IDU與ODU間可通過(guò)一根8D-FB（標(biāo)準(zhǔn)）同軸電纜傳輸IF信號(hào)、告警、控制、監(jiān)視、電源及公務(wù)信號(hào)，最遠(yuǎn)可達(dá)300米，可工作在-40oC～+60oC之間。

4系統(tǒng)應(yīng)用

在內(nèi)蒙某地，地理環(huán)境特殊，設(shè)備安裝條件苛刻，數(shù)字前端機(jī)房距離電視發(fā)射塔機(jī)房40多公里。為完成二者之間數(shù)字信號(hào)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，并充分考慮設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定性和成本，我們采用了8GHz SDH數(shù)字微波設(shè)備，具體解決方案如下：

系統(tǒng)要求解決36套數(shù)字電視節(jié)目的傳輸，同時(shí)具備3路2.4Mbps控制信號(hào)的傳輸。數(shù)字微波設(shè)備采用128QAM調(diào)制，在28M間隔內(nèi)傳輸155Mbps的容量，滿(mǎn)足系統(tǒng)要求的36*3M＋3*2.4M =115.2M。

如圖2所示，數(shù)字前端機(jī)房將已加擾的三路TS流數(shù)字信號(hào)輸入到STM-1網(wǎng)絡(luò)適配器的三個(gè)TS流輸入接口，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)適配器后輸出一路STM-1電信號(hào)到8GHz數(shù)字微波的室內(nèi)IDU單元，經(jīng)IDU變成中頻信號(hào)后由同軸電纜送給塔上ODU單元，再由Φ2.5m微波天線(xiàn)發(fā)射送出。

如圖3所示，接收端微波天線(xiàn)將接收下來(lái)的8GHz微波信號(hào)經(jīng)ODU單元變成中頻輸入到室內(nèi)IDU單元，處理后送入STM-1網(wǎng)絡(luò)適配器，經(jīng)STM-1網(wǎng)絡(luò)適配器轉(zhuǎn)換成三路TS流輸出，完成數(shù)字信號(hào)再生。還原后的TS流經(jīng)QPSK調(diào)制后通過(guò)MMDS方式覆蓋偏遠(yuǎn)地區(qū)。

隨著地面數(shù)字電視國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（簡(jiǎn)稱(chēng)地標(biāo)）的強(qiáng)制執(zhí)行，今后會(huì)有越來(lái)越多偏遠(yuǎn)農(nóng)村、山區(qū)、牧區(qū)采用地標(biāo)來(lái)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)信號(hào)覆蓋。本方案同樣適合在發(fā)射末端為地標(biāo)的系統(tǒng)中使用，只要將STM-1適配器還原出的TS流信號(hào)調(diào)制成地標(biāo)信號(hào)后通過(guò)發(fā)射機(jī)覆蓋用戶(hù)端即可。★

【作者簡(jiǎn)介】

陳林義：助理工程師，畢業(yè)于西南交通大學(xué)，現(xiàn)任職于福建三元達(dá)通訊股份有限公司，研究方向：無(wú)線(xiàn)電廣播技術(shù)。

收稿日期：2009年4月3日