數(shù)字IP微波傳輸廣播電視信號(hào)設(shè)計(jì)方案

李 健，饒 輝

（江西省707電視臺(tái)，江西 贛州 341000）

0 引言

目前，地面數(shù)字電視的建設(shè)在全國展開展，在信號(hào)傳輸方面主要是采用衛(wèi)星信號(hào)為主，用光纜信號(hào)為備用信號(hào)。但各個(gè)縣、市廣播電視臺(tái)的本地信號(hào)都未上星，所以在地面數(shù)字電視節(jié)目中，一般縣、市臺(tái)只有一路光纜信號(hào)，沒有備用信號(hào)，未通光纜的發(fā)射臺(tái)就沒有本地臺(tái)節(jié)目。數(shù)字微波傳輸廣播電視信號(hào)是無線發(fā)射臺(tái)一種很好的選擇。

1 數(shù)字微波的特點(diǎn)

（1）數(shù)字微波建設(shè)速度快。數(shù)字微波建設(shè)和光纜線路建設(shè)相比建設(shè)速度快，目前城市內(nèi)光纜建設(shè)需求對(duì)市政基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行大規(guī)模改動(dòng)，成本高速度慢。數(shù)字微波建設(shè)只要十幾天時(shí)間就能建成，而且建設(shè)費(fèi)用極低。

（2）維護(hù)成本低。數(shù)字微波日常維護(hù)量少、故障率、中斷率較低。光纜線路路由長，特別是因城市建設(shè)經(jīng)常需要改動(dòng)路由，路由通過山區(qū)時(shí)年年需要砍青，因竹木倒伏造成的故障率也較高。

（3）傳輸距離較短。微波是直線傳播，一般傳輸距離小于50 km，長距離傳輸時(shí)需中續(xù)接力。

（4）傳輸容量小。相對(duì)于光纜傳輸信號(hào)來說數(shù)字微波傳輸容量較小。一般IP數(shù)字微波一個(gè)頻點(diǎn)的傳輸容量為155 Mb/s，只能傳輸5個(gè)節(jié)目包，40多套標(biāo)清節(jié)目。

綜合數(shù)字IP微波的特點(diǎn)，其特別適合高山無線發(fā)射臺(tái)的節(jié)目信號(hào)傳輸。

2 設(shè)計(jì)方案。

2.1 設(shè)計(jì)容量需求

為了傳輸贛州市廣播電視臺(tái)的全部節(jié)目。電視節(jié)目信號(hào)源為SDI信號(hào)，廣播節(jié)目信號(hào)源為AES信號(hào)。微波需傳輸4套贛州臺(tái)電視節(jié)目、4套贛州臺(tái)廣播節(jié)目，考慮到需傳輸贛州臺(tái)兩套高清電視節(jié)目，這樣贛州本地節(jié)目就需要2個(gè)節(jié)目包。同時(shí)系統(tǒng)計(jì)劃傳輸中央臺(tái)兩個(gè)頻道地面數(shù)字電視信號(hào)的備用信號(hào)，以及省、市兩個(gè)頻道地面數(shù)字電視信號(hào)。每個(gè)節(jié)目包按25 Mb/s算，6個(gè)節(jié)目包經(jīng)過計(jì)算系統(tǒng)需要帶寬150 Mb/s，所以我們選用155 Mb/s傳輸速率的IP數(shù)字微波。

2.2 路由計(jì)算

如圖1所示，贛州市廣播電視臺(tái)大樓距江西707電視臺(tái)總共長10.9 km。贛州市廣播電視臺(tái)位于城區(qū)廣電大樓高度50 m，707臺(tái)位于贛州峰山主峰，海拔1 016 m，加上鐵塔高度接收點(diǎn)的海拔大于1 080 m。因此，系統(tǒng)路由設(shè)計(jì)傳輸距離為11 km，由于路由斷面落差大于800 m且中間無阻擋，系統(tǒng)計(jì)算時(shí)可以不用計(jì)算余隙。

圖1 兩臺(tái)直線距離

2.3 鏈路計(jì)算和設(shè)備選擇

電磁波由發(fā)射天線發(fā)射出去以后，能量均勻地向周圍空間擴(kuò)散，達(dá)到我們所需的接收僅僅是一小部分，而且距離越遠(yuǎn)，擴(kuò)散面越大，這一小部分能量就越小，這就是我們所說的電波在自由空間傳播中所產(chǎn)生的損耗。自由空間傳播損耗的計(jì)算公式為：

式中，D為發(fā)信和收信天線之間的距離，單位：km；F為電磁波的頻率，單位為GHz。我們計(jì)劃采用的微波頻率為8 GHz，距離為11 km，經(jīng)過計(jì)算路由自由空間衰減為132 dB。

在收信電平鏈路計(jì)算上數(shù)字微波與模擬微波相同同，模擬微波鏈路主要考慮的為鏈路的載噪比C/N，是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。而數(shù)字微波考慮的是誤碼率，誤碼率的高低是評(píng)判傳輸質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，是設(shè)計(jì)中主要考慮的因素。雖然要求不一致但兩者之間是有聯(lián)系的，誤碼率是歸一化信噪比Eb/No（門閥值）的函數(shù)。門閥值的高低和我們要求微波傳輸?shù)谋忍芈食烧龋磶捲酱螅琎AM調(diào)制數(shù)越大，要求的門閥值越高。當(dāng)我們選取155 Mb/s 要求的門閥值大于-70 dB。如果我們初步定選最為常用的0.5 W的微波，天線選最小最便于架設(shè)的0.6口徑的拋物天線。我們來計(jì)算接收電平是否高于閥值，是否符合要求。拋物面天線增益計(jì)算公式為：

式中，D為天線口徑；λ0為微波波長；4.5為天線效率和π計(jì)算出的常用系數(shù)。天線口徑為0.6 m，頻率為8 GHz時(shí)，通過式（2）計(jì)算得出天線增益大約為31 dB。

自由空間傳播條件下收信電平的計(jì)算公式為：

式中，P發(fā)為微波發(fā)射機(jī)輸出功率，單位為dBW；L發(fā)為發(fā)射系統(tǒng)饋線損耗；L收為接收系統(tǒng)饋線損耗；G發(fā)為發(fā)射天線增益；G收為接收天線增益；L為自由空間傳播損耗。

當(dāng)我們選用1 W微波時(shí)功率即為27 dBm，接收端和發(fā)射端的損耗分別取3 dB。通過式（3）計(jì)算接收端電平-49 dBm遠(yuǎn)大于門閥值。最終我臺(tái)選定用0.5 W的發(fā)射機(jī)，0.6 m口徑天線作為微波發(fā)射系統(tǒng)。發(fā)射系統(tǒng)的最后配置見表1。

表1 發(fā)射系統(tǒng)的最后配置

3 系統(tǒng)構(gòu)架

系統(tǒng)構(gòu)架采用IP構(gòu)架與IP協(xié)議作為框架建立的平臺(tái)，可以在IP局域網(wǎng)內(nèi)輕松實(shí)現(xiàn)是互聯(lián)互通。系統(tǒng)拓展和信號(hào)接入的靈活性是傳統(tǒng)的ASI流數(shù)字無法相比的。且IP數(shù)字微波具有雙向傳輸?shù)哪芰ΑＤ壳癐P數(shù)字微波為數(shù)字微波建設(shè)的主流。從系統(tǒng)圖2、圖3可以看出發(fā)射和接收端的系統(tǒng)構(gòu)架都是以交換機(jī)為核心，連接微波系統(tǒng)和編碼系統(tǒng)。交換機(jī)通過vlan設(shè)置可以分為管理端口、正向、反向數(shù)據(jù)端口以及數(shù)據(jù)交換端口。通過vlan設(shè)置將數(shù)據(jù)分類傳輸，即可傳輸信號(hào)又可以對(duì)遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理。贛州市廣播電視臺(tái)端見圖2。

圖2 贛州市廣播電視臺(tái)端

江西省707電視臺(tái)端見圖3。

圖3 江西省707電視臺(tái)端

4 結(jié)束語

本文以贛州市廣播電臺(tái)到江西省707電視臺(tái)數(shù)字IP微波信號(hào)傳輸規(guī)劃設(shè)計(jì)方案為例，講述數(shù)字IP設(shè)計(jì)建設(shè)的原理和步驟，希望能對(duì)數(shù)字微波建設(shè)有所啟發(fā)，不足和錯(cuò)誤之處請指正。