无损伤倒换技术在山西省微波电路中的应用

2012-06-29王彧

电视技术 2012年22期

王彧

（山西广播电视无线管理中心，山西太原 030001）

责任编辑:任健男

在微波通信中，由于受地理环境、建筑物和气象条件等的影响，会产生多径衰落现象。多径衰落导致接收信号出现误码（“0”变为“1”或“1”变为“0”），表现在观看电视节目时，画面有时会出现“马赛克”甚至黑屏。为了尽可能避免这种现象发生，就需要使用相应的抗衰落技术。目前，在山西省数字微波电路中普遍采用的有空间分集、频率分集、无损伤倒换和自适应均衡技术，下面将详细介绍无损伤倒换技术的原理及应用。

1 多径衰落的影响

如图1所示，多径衰落是由几条经不同路径到达收信点的电波相干涉而成的，所以收信点的电平是它们相互干涉结果的失量和，其振幅和相位随时间而变化。但在实际传播中，由3条以上路径产生的干涉波造成衰落影响电路质量指标的概率很小，因此，对多径衰落的研究都是基于2条路径进行的。

如图2所示，是基于2条路径的等效电路图，其等效网络的传输函数为Hc（jw，t）=1+re-jwτ（t）。如图3所示，它的振幅特性A（w，t）及群时延特性T（w，t）在某一固定时刻就简化为只是频率的函数。r为干涉波对直射波的振幅比，τ（t）为干涉波相对于直射波的时延，τ0为干涉波相对于直射波的时延平均值。

对应的谷值为

其中：τ0是τ(t)的平均值。峰值为

经分析得出，当r为无穷小时（理想状态，认为几乎没有干涉波），信道近似不存在衰落。当传输信号带宽B≪1/τ时，近似为平衰落。当r＜1与r＞1，其群时延响应发生畸变，从而产生了色散。

多径衰落对广播电视传输影响很大，在模拟微波系统时，主要造成收信端的接收电平下降，导致信噪比（S/N）降低，解决办法主要靠加大发射机功率来实现；另外，由于信号通过不同路径到达所产生的时延差，还会造成图像重影，但不会造成信号中断。在数字微波系统时，由于数字信号（0，1序列）属于宽带信号，主要受频率选择性衰落的影响造成带内失真，从而造成码间干扰。

2 频率选择性衰落及对抗措施

频率选择性衰落是多径衰落的一种类型，在这种衰落中，反射波的影响较大[1]。由于电波空间的多径传输现象，这些反射波、折射波和直射波各以不同的方向和时延到达收信点而进行矢量相加，使收信点有着随机变化的振幅和相位。不同的瞬时，峰值和谷值在频率轴上的位置也不同。随着时间的变化，峰值和谷值将在频率轴上不断移动，微波信号的衰落深度也随之变化，就造成了微波通信中的频率选择性衰落。

频率选择性衰落将使微波信号产生带内失真，这会导致接收信号的波形失真，从而造成码间干扰，致使判决电路做出误判，恢复不出原始数字序列。带内失真与数字微波系统所占的传输带宽有关，而系统带宽是由传输容量和调制方式决定的。如果系统的频率配置采用同频双极化工作，频率选择性衰落还会使交叉极化鉴别度下降。另外，系统具有的抗深衰落能力也会受到影响。

目前，实际应用在SDH数字微波设备中的抗衰落措施有自动发信功率控制、空间分集、自适应均衡、频率分集、无损伤倒换和交叉极化干扰抵消器等技术[2]。

3 频率分集原理及应用

无损伤倒换是在频率分集技术的基础上实现的，所以先介绍频率分集的原理。频率分集利用了在不同的射频载波上衰落事件有明显的不相关性，也就是在两个频率上同时发生瞬间中断的概率比较低。频率分集使用两个或更多不同的频率发射同一信息，在收信端选出传输质量比较好的那一路信号[3-4]。

在模拟微波设备中通常采用1+1热备份形式。信号并发优收，具体地讲就是在发信端，信号经基带处理后分为两路相同的信号分别送至两路调制机，调制后的中频信号，再分别送至2个波道（例如1波道、3波道）的高频发射机上，经上变频的射频信号经分并路系统合成后经天线发射出去。在收信端，由2路接收机接收，接收到的信号经下变频变为中频信号，再送至解调机解出基带信号，通过视频合路器自动或手动选出一路质量较好的信号（电视和伴音信号）来。

这种形式的缺点是设备和频带利用率都不高。由于数字技术的成熟和数字元器件的高稳定性，数字微波电路中通常采用N+1（N个主用波道＋1个备用波道）波道备用制式。当主用波道中任一波道由于设备故障或者电波传播发生深衰落时，系统都会在信号中断前，将其倒换到备用波道，这样有可能完全避免中断，同时也大大地提高了设备和频带利用率。

4 无损伤倒换技术

为了达到抗多径衰落的目的，整个倒换动作要做到真正的无损伤（无差错）就要靠无损伤倒换技术来实现。因为在数字传输时，帧定位信号间比特数的改变会造成分接设备中帧定位信息的丢失，在分接设备恢复帧定位之前，传输中断。在微波电路中，衰落开始是使传输质量劣化（电视画面出现马赛克），最终导致信号中断（电视画面出现黑屏）。

无损伤倒换不能是信号出现中断时才倒换，它应该在信号中断前，使用高速质量监测器，以便倒换到更好的保护波道，若比特计数没有出现滑动，则完全有可能避免中断。并且，为了应付快衰落的发生，要求总的倒换时间足够短。

为了实现比特计数完整性和电路发生深衰落，倒换系统需满足两个基本条件：1）能够补偿工作波道和保护波道上的不同时变的传输时延；2）要在中断比特率达到门限前，完成整个动作。

如图4所示，其倒换步骤为：①为主用波道在接收侧监测到预警信号；②为接收侧的倒换处理器将有故障波道的信息送到发送侧的倒换处理器；③为接收到这个信息后，发送侧的倒换处理器发送一个控制信号给收发分配器（TR DIST），控制TR DIST将有故障波道中传输的信息在故障波道和备用波道中并发；④为TR DIST完成操作后发送一个发倒换应答信号，这个信号被送到收端的倒换处理器；⑤为在接收侧，主备数据并收，并将数据流对齐，完成并收动作；⑥为在接收侧，倒换开关选择保护波道数据流。其中，收发两端的倒换处理器是通过RF-COH（微波附加帧开销）字节中的数字业务信道DSC来传输的。

5 电路应用及实际改善效果

山西省微波电路是在原先建有的模拟电路的基础上实施改造的，充分地利用了现有资源。此次改造共计10个微波站，微波设备采用SDH数字微波设备，通道容量为155 Mbit/s，采用3+1波道配置，调制方式为64QAM（正交幅度调制）。

电路经由地区均为山区，各段路由断面均为A型，并且，站距大多较长，电路传输主要受频率选择性衰落的影响，导致中断概率增大。为了对抗频率选择性衰落的影响，使电路达到设计要求，主要采用了自动发信功率控制、空间分集、频率分集、无损伤倒换和自适应均衡技术等。经过电路指标计算，本工程在全电路9个中继段的二跳中继段采用了空间分集措施，空间分集改善系数分别为30.46和23.14。全线路10个微波站均采用3+1波道配置和无损伤倒换。波道倒换段安排为9个倒换段：每一跳均为1个倒换段，主备用微波波道倒换段可以人工、自动完成。

广播电视信号质量的优劣通常用严重误码秒比来衡量，在工程验收阶段，为了测试无损伤倒换对误码率的实际改善效果，测试人员在每站将微波设备的3个主用波道分别设置成自动倒换和禁止倒换两种状态，对帧失步秒、背景块误码、误码秒、严重误码秒、不可用秒等参数进行了24 h测试，并且和理论数据作了对比。表1中列出了严重误码秒比的理论数据和实测数据。通过对比证明无损伤倒换技术在改善误码率，减小中断率方面的贡献很大，通过改善，各跳电路指标均满足电路设计要求。

6 经验介绍

在山西省微波电路数字化改造中，全部站点均配置为3+1波道。实际在主用波道中传输的业务，由于传输级别不同，不能全设为“自动倒换”。因为都设置为“自动倒换”时，当A波道（级别低）发生衰落时，电路自动将其倒至备用波道，直至电路恢复正常，信号才由备用波道倒回A波道。若在这个倒换发生期间，B波道（级别高）也发生衰落，只能等待备用波道空闲出来，这样就不能优先保证对级别高业务的传输要求。于是，将主用波道设置为不同的倒换方式，级别高的设为“自动倒换”，级别相对低的设为“手动倒换”。