散射通信在廣播電視信號傳輸中的多點廣播設計

邵建偉

摘要 邊遠地區廣播電視信號通過發射站實現覆蓋，電視信號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，不易維護，成本過高，導致最終放棄。針對該支線鏈路難題，設計了基于散射通信點對多點單向傳輸系統。該系統具有超視距、寬頻帶、跨越復雜地形障礙的特點，可解決支線鏈路難題。

【關鍵詞】廣播電視信號 散射通信 邊遠地區

1 引言

內蒙、新疆和西藏地區，地廣人稀，農牧民居住分散。電視節目信號向邊遠農牧區覆蓋是落實黨和人民政府惠農政策，提高農牧民文化娛樂活動的重要途徑。目前地面數字電視干線傳輸網基本覆蓋了絕大多數縣旗級電視臺，提供幾十套高清電視節目。而偏遠農牧區往往通過衛星接收機收看衛視節目，無法看到當地電視臺節目。但農牧民更鐘愛于具有民族氣息的本地電視節目。如何設計、解決支線鏈路（縣級發射臺傳輸至鄉級發射臺）的信號傳輸問題，本文進行了探討。

2 行業需求

支線鏈路上的信號傳輸能否有效解決，是實現地方電視臺向農牧區覆蓋的關鍵。在支線鏈路上，首先要解決從無到有的問題，理想節目數量應為8至16套，農牧民通過八木定向天線接收發射臺信號，收看當地電視節目。

在支線鏈路上，多為山地、沙漠、戈壁，且氣候惡劣，農牧民群居但居住地分散不固定，鋪設光纖經濟成本過高，通常采用建設多個微波中繼站的方式，解決信號傳輸問題。微波中繼站需要選擇在障礙物的高點，站與站之間形成視距傳輸條件，而中繼站的選址地點通常荒無人煙，沒有道路、供電和供水等條件，環境十分惡劣，導致被迫放棄建設，使得很大一部分區域沒有實現信號覆蓋，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線傳輸能力，能夠跨越復雜地形的通信手段，而散射通信能夠很好的滿足這一需求。散射通信是利用距地面0-12km范圍內對流層中大氣的不均勻性對電波的散射作用來實現在超視距范圍接收多徑的、時變的微弱電磁波信號的一種超視距無線通信方式。散射通信具有以下優點：

（1）通信距離遠，可越障傳輸數十公里至數百公里：

（2）傳輸速率可達34Mbps;

（3）可承載4至8套電視節目（MPEG-2編碼）;

（4）傳輸媒質永恒存在，可全天候工作，適應海上、沙漠、平原和山區等多種地形環境。

散射通信可做點對多點單向傳輸設計，同時可做中繼使用。

3 點對多點應用設計

3.1 系統應用形式

支線鏈路上，多為單向傳輸設計，鄉鎮發射臺接收節目信號后，通過本地發射機向周圍鄉村牧區覆蓋。為節省建設成本，系統可做點對多點單向傳輸設計，由中心站和外圍站組成，中心站為發射端，外圍站為接收端。

圖1為散射通信點對多點單向傳輸系統的應用形式示意圖，多個方向的發射臺可接收中心站的節目信號，當在某一方向上存在多個接收站時，可同時接收;散射通信可做中繼組網使用，繼續延伸通信距離。

散射通信系統與現有廣電設備間系統互聯關系如圖2所示。

散射通信系統的一些關鍵技術指標：

（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）業務接口形式：ASI接口;

（5）傳輸延時：≤ 15ms。

3.2 中心站設計

中心站設計原理圖如圖3所示。

綜合考慮多點單向傳輸需求和經濟性，中心站采用共用IDU和變頻單元方式，由每個變頻單元輸出4路信號，分別取一路經2個ODU-T信號放大，連接2面天線，對準一個外圍站。

IDU信號調制后，輸出中頻，經變頻器調制到高頻，然后通過功分器輸出4路高頻信號，分別送給ODU-T，最后經由天線發射。IDU和變頻單元放置在室內使用，而ODU-T與天線放置在室外工作，為減少射頻損耗，ODU-T 一般背裝在天線后面，通過短射頻電纜連接。

室內室外部分，經射頻電纜連接，以5GHz高頻線纜損耗計算，50m拉遠射頻線纜損耗約25dB，功分器信號衰減6dB，而功放可接受最低輸入激勵功率為2dBm，為滿足激勵要求，變頻器輸出功率至少應為2+6+25=33dBm，系統設計變頻器輸出功率應達到36dBm （4W），留出電平余量。

在中心站，4個方向上只需共用1套發射設備，每個外圍站配備1套接收設備，能夠完成4條鏈路的信號傳輸，極大降低了通信傳輸系統的建設成本。若在某個方向上有多個接收站，其成本降低幅度更大。

3.3 外圍站設計

接收端設計原理圖如圖4所示。

接收端天線接收射頻信號后，經帶通濾波器濾除帶外干擾，LNA進行低噪聲信號放大后，通過下變頻器將高頻信號轉換成中頻信號，最終由IDU進行信號處理解調，轉換為ASI業務碼流。在中頻電纜上，通過多工器復合傳輸鐘信號，中頻信號以及監控信號。射頻部分只有低噪放、濾波器以及下變頻器，設備體積小，功耗低，便于安裝。

4 應用價值

散射通信方式借助軍用技術民用化的政策契機，進入廣電行業，以其單跳通信距離遠、易于維修和成本費用低等特點在廣電支線鏈路信號傳輸中有著獨特優勢。

4.1 節目容量

目前在用的編碼器存在兩代標準：MPEG-2和AVS+ （MPEG-4）。散射業務帶寬16/34Mbps可選，基于MPEG-2標準的編碼器，假定每路電視節目標清碼流設置為3.5Mbps，則可傳輸4至8套節目;基于AV S+標準的編碼器，每路電視節目標清碼流約為2Mbps，則可傳輸8至16套的電視節目。散射通信的應用，響應了國家村村通、村村響工程建設要求，能夠實現在支線鏈路上向邊遠地區農牧民傳輸4至16套節目。

4.2 通信距離

對流層散射通信的傳輸質量受氣候、地理等影響，在不同地點、環境有較大差異。一般傳輸質量以全年傳播可靠度作為衡量指標。

以內蒙古地區烏蘭花鎮至江岸河牧場為例，該鏈路通信距離達127km，選用1.8m天線，300w功放，傳輸16Mbps業務時，其全年傳播可靠度可達97.25%。

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

總之，散射通信解決了復雜環境下支線鏈路傳輸問題，實現了電視節目從無到有，并盡可能提供更大帶寬傳輸多套節目，是村村通和村村響工作順利開展的有力保障。

4.3 系統兼容性

系統業務接口采用廣電認證的標準ASI接口，在中心站可與編碼器對接，在接收站可與激勵器對接，應用十分方便，系統互聯穩定可靠。同時系統提供IP透傳接口，可引接其他業務，或做中繼使用。

4.4 無人值守應用

在偏遠地區，如邊境地區，建設無人值守站，可使用散射通信系統建立雙向傳輸鏈路。在發射臺內安裝監控攝像頭以及遠控設備。工作人員通過回傳鏈路可遠程視頻監控和遠程操控，及時了解機房內設備工作狀態，防范火災、盜竊等緊急情況，方便了日后的維護管理。

4.5 經濟性

散射通信與傳統微波中繼通信相比，節省了微波中繼站的土建、道路、供電、供水、鐵塔機房建設，維護維修，日后運營管理等費用;較鋪設光纖而言，更是一種最優的選擇。在多向傳輸應用時，中心站部分設備共用，進一步降低了系統建設成本。

5 結束語

對流層散射通信憑借其單跳跨距大、傳輸速率高、架設方便、經濟實用等優點，能夠有效解決支線鏈路信號傳輸問題，是實現邊遠地區電視信號覆蓋的重要途徑。

邊遠地區，可能存在沙塵天氣，其影響不可小覷，工程實踐中應考慮其對信號衰落的影響，留出足夠的電平余量。

參考文獻

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