無損傷倒換技術在山西省微波電路中的應用

王 彧

（山西廣播電視無線管理中心，山西 太原 030001）

責任編輯:任健男

在微波通信中，由于受地理環境、建筑物和氣象條件等的影響，會產生多徑衰落現象。多徑衰落導致接收信號出現誤碼（“0”變為“1”或“1”變為“0”），表現在觀看電視節目時，畫面有時會出現“馬賽克”甚至黑屏。為了盡可能避免這種現象發生，就需要使用相應的抗衰落技術。目前，在山西省數字微波電路中普遍采用的有空間分集、頻率分集、無損傷倒換和自適應均衡技術，下面將詳細介紹無損傷倒換技術的原理及應用。

1 多徑衰落的影響

如圖1所示，多徑衰落是由幾條經不同路徑到達收信點的電波相干涉而成的，所以收信點的電平是它們相互干涉結果的失量和，其振幅和相位隨時間而變化。但在實際傳播中，由3條以上路徑產生的干涉波造成衰落影響電路質量指標的概率很小，因此，對多徑衰落的研究都是基于2條路徑進行的。

如圖2所示，是基于2條路徑的等效電路圖，其等效網絡的傳輸函數為Hc（jw，t）=1+re-jwτ（t）。如圖3所示，它的振幅特性A（w，t）及群時延特性T（w，t）在某一固定時刻就簡化為只是頻率的函數。r為干涉波對直射波的振幅比，τ（t）為干涉波相對于直射波的時延，τ0為干涉波相對于直射波的時延平均值。

對應的谷值為

其中：τ0是τ(t)的平均值。峰值為

經分析得出，當r為無窮小時（理想狀態，認為幾乎沒有干涉波），信道近似不存在衰落。當傳輸信號帶寬B?1/τ時，近似為平衰落。當r＜1與r＞1，其群時延響應發生畸變，從而產生了色散。

多徑衰落對廣播電視傳輸影響很大，在模擬微波系統時，主要造成收信端的接收電平下降，導致信噪比（S/N）降低，解決辦法主要靠加大發射機功率來實現；另外，由于信號通過不同路徑到達所產生的時延差，還會造成圖像重影，但不會造成信號中斷。在數字微波系統時，由于數字信號（0，1序列）屬于寬帶信號，主要受頻率選擇性衰落的影響造成帶內失真，從而造成碼間干擾。

2 頻率選擇性衰落及對抗措施

頻率選擇性衰落是多徑衰落的一種類型，在這種衰落中，反射波的影響較大[1]。由于電波空間的多徑傳輸現象，這些反射波、折射波和直射波各以不同的方向和時延到達收信點而進行矢量相加，使收信點有著隨機變化的振幅和相位。不同的瞬時，峰值和谷值在頻率軸上的位置也不同。隨著時間的變化，峰值和谷值將在頻率軸上不斷移動，微波信號的衰落深度也隨之變化，就造成了微波通信中的頻率選擇性衰落。

頻率選擇性衰落將使微波信號產生帶內失真，這會導致接收信號的波形失真，從而造成碼間干擾，致使判決電路做出誤判，恢復不出原始數字序列。帶內失真與數字微波系統所占的傳輸帶寬有關，而系統帶寬是由傳輸容量和調制方式決定的。如果系統的頻率配置采用同頻雙極化工作，頻率選擇性衰落還會使交叉極化鑒別度下降。另外，系統具有的抗深衰落能力也會受到影響。

目前，實際應用在SDH數字微波設備中的抗衰落措施有自動發信功率控制、空間分集、自適應均衡、頻率分集、無損傷倒換和交叉極化干擾抵消器等技術[2]。

3 頻率分集原理及應用

無損傷倒換是在頻率分集技術的基礎上實現的，所以先介紹頻率分集的原理。頻率分集利用了在不同的射頻載波上衰落事件有明顯的不相關性，也就是在兩個頻率上同時發生瞬間中斷的概率比較低。頻率分集使用兩個或更多不同的頻率發射同一信息，在收信端選出傳輸質量比較好的那一路信號[3-4]。

在模擬微波設備中通常采用1+1熱備份形式。信號并發優收，具體地講就是在發信端，信號經基帶處理后分為兩路相同的信號分別送至兩路調制機，調制后的中頻信號，再分別送至2個波道（例如1波道、3波道）的高頻發射機上，經上變頻的射頻信號經分并路系統合成后經天線發射出去。在收信端，由2路接收機接收，接收到的信號經下變頻變為中頻信號，再送至解調機解出基帶信號，通過視頻合路器自動或手動選出一路質量較好的信號（電視和伴音信號）來。

這種形式的缺點是設備和頻帶利用率都不高。由于數字技術的成熟和數字元器件的高穩定性，數字微波電路中通常采用N+1（N個主用波道＋1個備用波道）波道備用制式。當主用波道中任一波道由于設備故障或者電波傳播發生深衰落時，系統都會在信號中斷前，將其倒換到備用波道，這樣有可能完全避免中斷，同時也大大地提高了設備和頻帶利用率。

4 無損傷倒換技術

為了達到抗多徑衰落的目的，整個倒換動作要做到真正的無損傷（無差錯）就要靠無損傷倒換技術來實現。因為在數字傳輸時，幀定位信號間比特數的改變會造成分接設備中幀定位信息的丟失，在分接設備恢復幀定位之前，傳輸中斷。在微波電路中，衰落開始是使傳輸質量劣化（電視畫面出現馬賽克），最終導致信號中斷（電視畫面出現黑屏）。

無損傷倒換不能是信號出現中斷時才倒換，它應該在信號中斷前，使用高速質量監測器，以便倒換到更好的保護波道，若比特計數沒有出現滑動，則完全有可能避免中斷。并且，為了應付快衰落的發生，要求總的倒換時間足夠短。

為了實現比特計數完整性和電路發生深衰落，倒換系統需滿足兩個基本條件：1）能夠補償工作波道和保護波道上的不同時變的傳輸時延；2）要在中斷比特率達到門限前，完成整個動作。

如圖4所示，其倒換步驟為：①為主用波道在接收側監測到預警信號；②為接收側的倒換處理器將有故障波道的信息送到發送側的倒換處理器；③為接收到這個信息后，發送側的倒換處理器發送一個控制信號給收發分配器（TR DIST），控制TR DIST將有故障波道中傳輸的信息在故障波道和備用波道中并發；④為TR DIST完成操作后發送一個發倒換應答信號，這個信號被送到收端的倒換處理器；⑤為在接收側，主備數據并收，并將數據流對齊，完成并收動作；⑥為在接收側，倒換開關選擇保護波道數據流。其中，收發兩端的倒換處理器是通過RF-COH（微波附加幀開銷）字節中的數字業務信道DSC來傳輸的。

5 電路應用及實際改善效果

山西省微波電路是在原先建有的模擬電路的基礎上實施改造的，充分地利用了現有資源。此次改造共計10個微波站，微波設備采用SDH數字微波設備，通道容量為155 Mbit/s，采用3+1波道配置，調制方式為64QAM（正交幅度調制）。

電路經由地區均為山區，各段路由斷面均為A型，并且，站距大多較長，電路傳輸主要受頻率選擇性衰落的影響，導致中斷概率增大。為了對抗頻率選擇性衰落的影響，使電路達到設計要求，主要采用了自動發信功率控制、空間分集、頻率分集、無損傷倒換和自適應均衡技術等。經過電路指標計算，本工程在全電路9個中繼段的二跳中繼段采用了空間分集措施，空間分集改善系數分別為30.46和23.14。全線路10個微波站均采用3+1波道配置和無損傷倒換。波道倒換段安排為9個倒換段：每一跳均為1個倒換段，主備用微波波道倒換段可以人工、自動完成。

廣播電視信號質量的優劣通常用嚴重誤碼秒比來衡量，在工程驗收階段，為了測試無損傷倒換對誤碼率的實際改善效果，測試人員在每站將微波設備的3個主用波道分別設置成自動倒換和禁止倒換兩種狀態，對幀失步秒、背景塊誤碼、誤碼秒、嚴重誤碼秒、不可用秒等參數進行了24 h測試，并且和理論數據作了對比。表1中列出了嚴重誤碼秒比的理論數據和實測數據。通過對比證明無損傷倒換技術在改善誤碼率，減小中斷率方面的貢獻很大，通過改善，各跳電路指標均滿足電路設計要求。

6 經驗介紹

在山西省微波電路數字化改造中，全部站點均配置為3+1波道。實際在主用波道中傳輸的業務，由于傳輸級別不同，不能全設為“自動倒換”。因為都設置為“自動倒換”時，當A波道（級別低）發生衰落時，電路自動將其倒至備用波道，直至電路恢復正常，信號才由備用波道倒回A波道。若在這個倒換發生期間，B波道（級別高）也發生衰落，只能等待備用波道空閑出來，這樣就不能優先保證對級別高業務的傳輸要求。于是，將主用波道設置為不同的倒換方式，級別高的設為“自動倒換”，級別相對低的設為“手動倒換”。

表1 各跳電路嚴重誤碼秒比改善前后對比表

另外，當維護人員維護設備時，將需要維護的波道信號“強制倒換”至備用波道，這樣就不會中斷電路傳輸。

[1]車晴，張文杰，王京玲.數字衛星廣播與微波技術[M].北京：中國廣播電視出版社，2003.

[2]傅海陽，趙品勇.SDH數字微波通信系統[M].北京：人民郵電出版社，2000.

[3]李文海，毛京麗，石方文.數字通信原理[M].北京：人民郵電出版社，2001.

[4]陳如明.大容量數字微波傳輸系統工程[M].北京：人民郵電出版社，1998.