数字电视远距离传输系统解决方案

【摘要】在解决偏远地区数字电视覆盖问题时，信号的传输是首要难题，传统的光缆与早期使用的模拟微波系统都不适合。文章介绍了数字微波的优势及其关键技术，并通过数字微波系统在内蒙古某地的应用阐述了数字微波如何解决数字电视远距离传输的问题。

【关键词】数字电视 数字微波 远距离传输

1概述

我国幅员辽阔，农村的土地面积占绝大部分，如何丰富广大农村的精神文化生活，提高广大农民的知识水平和受教育程度，是我国宣传领域的一个重要课题。由于农村地区地形复杂、地广人稀等因素，铺设有线网络成本过高且施工周期较长，需采用无线方式来进行覆盖。主站一般建设在高山上，同前端机房、各专用数字解码器等设备之间的距离较远，有时达几十公里。如何传输高质量的数字信号，是无线覆盖方式中一个现实而迫切的问题。本文将介绍数字微波如何解决此问题。

2数字微波

2.1 微波与光缆相比较

与光缆相比，微波的优势主要有：

（1）抵御自然灾害的能力强。如在地震、洪灾等灾害中，在其它通信手段失效的情况下，微波能保证通信和广播电视信号的畅通。

（2）受地理环境的限制小，应对突发事件的能力强。微波信号既可翻山又可跨海，而且随着微波设备集成度的提高，使用摄像微波传送一体机，很容易在突发事件现场实现信号的实时传输。

（3）建设和维护成本较低。特别是在山区及人烟稀少的地区，敷设光缆非常困难，而且成本会很高。

2.2 数字微波与模拟微波比较

由于微波传输不可替代的优势和数字微波的诸多优点，数字微波将成为数字电视远距离传输的可靠途径。

2.3 数字微波的关键技术

数字微波的技术体制被确定为同步数字系列SDH（Synchronous Digital Hierarchy），其关键技术如下：

（1）编码调制技术

微波是一种频带受限的传输媒质，根据ITU-R建议，我国在4GHz～11GHz频段采用的波道间隔大都为28MHz～30MHz及40MHz。要在有限的频带内传输SDH信号，必须采用更高的调制技术（如256QAM）。

（2）交叉极化干扰抵消（XPIC）技术

为了进一步增加系统容量，提高频谱利用率，在数字微波系统中除了采用多状态调制技术（64QAM、128QAM或512QAM调制）外，还采用双极化频率复用技术，使单波道数据传输速率成倍增长。但在出现多径衰落时，交叉极化鉴别率（XPD）会降低，从而产生交叉极化干扰。为此，需要一个交叉极化抵消器，用以减小来自正交极化信号的干扰。

自适应交叉极化干扰抵消技术的基本原理是从与传输信号相正交的干扰信道中取出部分信号，经过适当处理后与有用信号相加，用以抵消叠加在有用信号上的来自正交极化信号的干扰。原则上干扰抵消过程可以在射频、中频和基带上进行。XPIC技术对干扰的抑制能力一般可达15dB左右。

（3）自适应频域和时域均衡技术

当系统采用多状态QAM调制方式时，要达到ITU-R所规定的性能指标，对多径衰落必须采取相应的对抗措施；考虑到ITU-R将不再给数字微波系统提供额外的差错性能配额，因此抗衰落措施必须是强有力的。在各种抗衰落技术中，除了分集接收技术外，最常用的技术是自适应均衡技术，包括自适应频域均衡技术和自适应时域均衡技术。

频域均衡主要用于减少频率选择性衰落的影响，即利用中频通道插入的补偿网络的频率特性去补偿实际信道频率特性的畸变；时域均衡用于消除各种形式的码间干扰，可用于最小相位和非最小相位衰落（为消除正交干扰，可引进二维时域均衡器）。

（4）高线性功放和自动发射功率控制

多状态调制技术对传输信道，特别是高功率放大器的线性提出了严格的要求。例如，对采用64QAM的系统而言，要求传输信道的三阶交调失真比主信号至少低45dB。若采用128QAM或256QAM调制技术，则要求更严。为满足系统总传输性能的要求，除了对微波高功放采取输出回退措施外，还要采取一些非线性的补偿技术，如加中频或射频失真器或采用前馈技术等来改善放大器的线性。

自动发射功率控制（ATPC）技术的关键是微波发信机的输出功率在ATPC的控制范围内自动地随接收端接收电平的变化而变化。采用ATPC技术的优点是，降低了同一路由相邻系统的干扰，减小了上衰落对系统的影响，降低了电源消耗和非线性失真。

（5）大规模专用集成电路（ASIC）设计技术

3数字微波系统

数字微波系统框图如图1所示：

数字微波系统主要由STM-1网络适配器、微波室内单元、微波室外单元及微波天线组成。

前端机房的电视信号经编码、复用、加扰后形成多路已加扰的TS流，这些TS流信号输入到STM-1网络适配器的TS流输入接口，输出一路STM-1电信号到8GHz数字微波的室内IDU单元，经IDU变成中频信号后由同轴电缆送给塔上ODU单元，再由Φ2.5m抛物面天线发射。同样，接收端抛物面天线将接收下来的8GHz微波信号经ODU单元变成中频输入到室内IDU单元处理后送入STM-1网络适配器，经STM-1网络适配器转换成TS流输出，完成数字信号再生。

3.1 STM-1网络适配器

STM-1是STM（Synchronous Transport Module，同步传输模块）的一种，其传输速率为155.520Mbps。STM-1网络适配器完成MPEG-2 TS码流与SDH网络之间的STM-1接口适配与协议转换，可同时输入4路ASI（Asynchronous Serial Interface，异步串行接口，用于传送码流）码流并简单复用成1路STM-1输出。

3.2 数字微波室内单元（IDU）

IDU将STM-1网络适配器输出的155.52Mbps的SDH电信号调制成128QAM的中频信号，或将ODU传来的128QAM中频信号还原成15.52Mbps的SDH电信号，提供2路（反向/正向）服务通道。

3.3 数字微波室外单元（ODU）

ODU将室内单元上传的128QAM调制中频信号上变频至8G微波频段，并对其进行放大后通过微波天线传输，或将微波天线接收到的8G微波信号放大下变频后传给室内单元。

3.4 室内单元与室外单元的连接

IDU与ODU间可通过一根8D-FB（标准）同轴电缆传输IF信号、告警、控制、监视、电源及公务信号，最远可达300米，可工作在-40oC～+60oC之间。

4系统应用

在内蒙某地，地理环境特殊，设备安装条件苛刻，数字前端机房距离电视发射塔机房40多公里。为完成二者之间数字信号的点对点传输，并充分考虑设备系统的稳定性和成本，我们采用了8GHz SDH数字微波设备，具体解决方案如下：

系统要求解决36套数字电视节目的传输，同时具备3路2.4Mbps控制信号的传输。数字微波设备采用128QAM调制，在28M间隔内传输155Mbps的容量，满足系统要求的36*3M＋3*2.4M =115.2M。

如图2所示，数字前端机房将已加扰的三路TS流数字信号输入到STM-1网络适配器的三个TS流输入接口，经网络适配器后输出一路STM-1电信号到8GHz数字微波的室内IDU单元，经IDU变成中频信号后由同轴电缆送给塔上ODU单元，再由Φ2.5m微波天线发射送出。

如图3所示，接收端微波天线将接收下来的8GHz微波信号经ODU单元变成中频输入到室内IDU单元，处理后送入STM-1网络适配器，经STM-1网络适配器转换成三路TS流输出，完成数字信号再生。还原后的TS流经QPSK调制后通过MMDS方式覆盖偏远地区。

随着地面数字电视国家标准（简称地标）的强制执行，今后会有越来越多偏远农村、山区、牧区采用地标来进行无线信号覆盖。本方案同样适合在发射末端为地标的系统中使用，只要将STM-1适配器还原出的TS流信号调制成地标信号后通过发射机覆盖用户端即可。★

【作者简介】

陈林义：助理工程师，毕业于西南交通大学，现任职于福建三元达通讯股份有限公司，研究方向：无线电广播技术。

收稿日期：2009年4月3日