模拟MMDS 系统数字化改造的实际应用

郭小锋

(太原理工大学，山西 太原 030024)

有线电视以其丰富的节目内容越来越受到用户的喜爱。我国有线电视在大中型城市主要通过光纤和同轴电缆传输方式传播广播电视信号，而在广大农村地区特别是地形复杂的边远山区，大规模采用线缆铺设是不现实的，MMDS(Multichannel Microwave Distribution System)多路微波分配系统能够通过无线发射方式将电视信号直接传达至用户，有效地解决了该类地区用户的需求，成为我国有线电视系统实现全网络覆盖的必要支撑［1］。

模拟MMDS是一种以视距传输为基础的图像分配传输系统，模拟MMDS 最早于1983 年在美国应用，20 世纪90 年代传入我国，其工作频段主要集中在2.5 GHz，工作带宽200 MHz，传输8 套电视节目，在发射天线50 km 范围内可以将有线电视信号采用无线发射的方式直接传送至用户，为我国地广人稀地区的电视覆盖起到了重要作用。近年来，随着数字电视技术的发展，电视节目套数不断增加，随着老百姓生活水平的日益提高，对电视节目套数和质量的要求也越来越高，模拟MMDS 由于其节目容量少、同频干扰和其他传输质量方面的原因，模拟MMDS的发展呈现萎缩趋势。而数字MMDS 适应了形势发展的需要，有效解决了模拟MMDS节目数量少、图像质量不稳定等问题，使得MMDS 进入了新的快速发展阶段。

1 数字MMDS 无线微波传输系统的优越性

相比于模拟MMDS 系统，数字MMDS 无线微波传输系统有以下技术优势:

(1)数字MMDS 通过数字压缩技术可以提高频道容量，传输更多的电视节目。如果采用模拟MMDS 技术，以模拟传输模式进行传输，有其先天的局限性。模拟传输模式占用带宽大，在无线发射方式情况下一般不会采用邻频调制的方式来传输模拟电视信号。如果要传输相同数量的电视节目，模拟方式要采用更多数量的发射机，更加复杂的功率合成系统和天馈系统。而且要达到同样的覆盖效果和节目数量，模拟方式消耗的总功率要远大于数字MMDS方式。

(2)数字MMDS 系统在信源部分，采用数字压缩技术，将音视频信源压缩成符合MPEG 标准的数字信号，对于节目质量要求不是很高，每套节目的bit 率为2 ～4 Mbps 即可满足标准清晰度效果。对于节目质量要求高的，运动图像较多的可以以更高的码流进行编码。

(3)在信道部分，数字MMDS 系统主要采用DVB－S 或DVB－C 标准的信道调制技术，并采用QPSK 或QAM 调制方式，同时采用非系统卷积码和RS 编码的级联，极大地提高了信号的抗干扰和抗衰落的能力。我们采用了QPSK方式，其具有很低的接收门限电平和较低的载噪比要求。

(4)对于投资方而言，MMDS 技术的使用大大节约了投资成本。在忻州市定襄县的地理条件下，公路、铁路、树林、农耕地等地理环境相对复杂，如果大范围的覆盖架设电缆和光缆，不仅投资巨大、维护困难，受地形影响不容易施工。而MMDS 传输系统建设简单、覆盖面积大、运行和维护的成本也较低，具有较高的实用性。

(5)MMDS 数字化更容易管理与收费，在模拟电视技术时期，收费人员需要逐户上门收费，工作效率低，工作难度大。MMDS 数字化改造后，采用用户管理有条件接收(CA)系统能够对不同用户实施不同的授权级别，实现可寻址收费，未经授权的用户将看不到相关节目，可从根本上解决过去用户收费难的问题［2］。

(6)MMDS 数字电视已经不仅仅是广播电视的模式，MMDS 可以像光缆一样实行双向传送数据信息、传送视频点播、电视会议等，可以实现Internet的宽带接入。

2 MMDS 数字化改造在定襄县的应用

2.1 定襄数字MMDS 系统的结构

MMDS 系统主要由前端、发射系统和接收系统等三大部分组成。前端主要由节目源、编码器、卫星信号接收机(TS输出)、复用器、加扰机、QPSK 调制器、用户管理和收费系统组成，发射系统主要包括合成器、MMDS 宽带发射机、天馈系统组成;接收系统包括下变频器，用户分配网，接收机、电视等。图1，图2为其结构示意图。

图1 MMDS 前端及发射系统框图

图2 MMDS 接收示意图

2.2 节目容量的计算(采用DVB-S 标准)

DVB-S 标准规定的信号传输带宽在2 ～45 MHz，卷积编码有1/2，2/3，3/4，5/6，7/8 等方式，RS 编码为RS(204，188);卷积交织模式为12x17;RS 编码和卷积交织都是固定的，不影响编码效率;卷积编码的编码效率直接影响信道编码的编码效率，卷积编码的效率越高，系统承载的信源越多，但是抗干扰能力越差，解调接收的门限也越高。

信号3 dB 带宽设计为40 MHz，即符号速率为40 Msps，卷积模式选择3/4;可以计算出承载的码流为:

假定每套节目经过压缩编码3 ～5 Mbps;则在40 M的带宽上可以承载11 到18 套以上的节目;根据节目情况，设计按4个频点共传55 套节目，可以看出是完全符合设计容量的。

2.3 模拟有线电视前端系统的数字化改造

忻州市定襄县在1996 年开始建设了模拟MMDS 电视系统，在1997 年开始全面施工，覆盖了定襄县9个乡镇，开始发射的模拟节目仅为15 套，而且图像模糊，经常发生故障，收费也困难，导致定襄县广播电视行业发展非常缓慢。伴随着数字电视技术的成熟，定襄县从2006 年开始建设数字前端，并于2007 年4 月份开始平移改造，由模拟的15 套节目增加到55 套数字电视节目，基本满足广大用户对电视节目的需求。在用户收看到高清晰的电视节目的同时，也方便了对用户的管理。

原来的模拟信号只是简单的把音视频信号调制后传输到用户终端，然后在电视机内部进行解码还原为音视频信号，其稳定性、合理性均受到了限制，效果也不太理想。

MMDS 系统前端改造后，通过地面卫星接收器接收到卫星信号，然后用功分器把卫星信号分为多路，把每一路送到卫星接收机，通过卫星接收机把卫星信号转换为音视频或TS 流信号，然后进行压缩编码，通过复用器将多路并行的低速TS 流复接成一路串行的高速TS 流输出，经过加扰机进行信号的加密处理，以实现对节目源的管理。再经调制器对加扰后的信号进行调制，将TS 流数字信号调制到射频信号。MMDS 电视前端改造前与改造后的情况如图3所示。

TS 流的工作流程主要依据MPEG－2 标准，它的流程是经过抽样、量化及压缩编码形成基本码流ES，基本码流ES是不分段的连续码流。把基本码流分割成段，并加上相应的头文件打包形成打包的基本码流PES，PES 包与包之间可以是不连续的。将PES 包再分段打成有固定长度的188KB的传送包码流TS。TS 流经复用加入PSI/SI 及加密信息形成多路节目传输流，最后经过32QAM 调制及上变频形成射频信号，在用户终端经机顶盒解码恢复模拟音视频信号［3］。

图3 MMDS 电视前端改造前后比较图

经过上述的改造，数字前端无论是合理性、稳定性、先进性等都比模拟前端好的多。

2.4 数字电视的网络管理软件系统的构建

网络管理软件系统是由条件接收系统(CAS)和用户管理软件系统(SMS)两大部分组成。CAS 系统是通过对前端系统生成的TS 流加入控制字后混合成加密的TS 流进行传输。SMS 系统是对用户进行管理、服务的系统，它跟CAS 有着密切的联系，通过SMS 系统对CAS 发送加解扰信息，从而实现对用户的加解扰的控制，和模拟系统相比，模拟系统没有这部分功能，数字网络管理软件可以更方便、快捷地为用户和投资方服务，大大降低了因收费困难所增加的成本。

2.5 MMDS 数字化发射系统升级

数字发射系统是由数字前端调制器调制信号，然后再进行混合，送到MMDS 发射机经天线发射出去，如图4所示。

图4 MMDS 发射系统示意图

数字MMDS 发射机与模拟MMDS 发射机相比有以下区别。

(1)数字MMDS 发射机发射信号稳定，一般都是平均功率输出，功放利用率高。模拟MMDS 发射机是线型调幅，末级功放利用率低。

(2)数字MMDS 发射机采用功放前馈校正技术，在中频期间把信号调整完善后，再用上变频器变为高频信号，确保输出高质量的数字信号。

(3)数字MMDS 发射机相位噪声≤－110 dBc/Hz，S/N为52 dB，模拟MMDS 一般为≤－90 dBc/Hz，比数字发射机低很多，所以数字MMDS 发射机的锁相能力更强，抗干扰能力更好。

从以上几种区别可以看出模拟发射机比数字发射机性能更差，不能满足数字发射机的各种指标，因此，定襄电视台在MMDS 数字化过程中对原有的发射系统进行了升级。

2.6 基于MMDS 数字电视用户机顶盒的接收系统

定襄县前端发射塔位于定襄县城的中心位置，覆盖了周边的9个乡镇。但因发射塔与接收端之间存在较多树木和山丘，导致接收天线需要达到一定的高度才行，一般为20 米以上，如果每个用户都用一付天线，在安装过程中必然会耗费大量的人力物力。结合定襄的实际情况，大部分农村采用一村一付天线，通过用户分配网传到用户家中。接收天线的直径为0.8 m，变频器采用的频率为2033 MHz，并由18 V的电源盒为下变频器供电。在MMDS 系统中，终端接收部分的接收天线，下变频器和供电部分由于会被常有的恶劣天气所损坏，定襄电视台在MMDS 数字化改造过程中对该部分进行了改进:

(1)把馈线延长，变频器放到比较低的地方方便更换和维修。以前都是把天线立在很高的地方接收的，更换下变频器的时候，浪费人力物力，现在不仅维修率下降而且一个人在很轻松的情况下就可以维修。

(2)减少电源盒环节，可由第一级线路放大器直接给下变频器供电。因下变频器需18 V 供电，为此在放大器中加入一个7818 稳压模块，使放大器输出18 V 电压。这样不仅节省了成本，而且由于放大器的防水性大大高于电源盒的防水性，也明显降低了维修率。

3 前景展望

MMDS 作为一种传输手段，传输的不仅仅是电视节目，在不久的将来MMDS 在实现电视数据双向传输的同时，可与电话、网络一起接入用户的身边，真正实现三网合一和全面的无线传输。在国外有的国家已经可以向数字MMDS 系统提供512 kbps的上传服务和1 Mbps的下载服务，真正实现了双向传输的MMDS 系统。数字MMDS 技术以其自身优势，能够在宽带数据传输技术中实现真正的无线宽带接入［4］。

4 结束语

通过对忻州市定襄县电视台原有的模拟MMDS 系统进行数字化改造，将原有的4 ～8 套电视节目压缩在一个模拟通道中，并对MMDS 其他相关设备进行系统更换与升级，解决了模拟MMDS 在传输节目数量少、信号不稳定、图像质量较差等问题方面的瓶颈，通过上述改造后，基本满足了忻州市定襄县10 万多人的收视需求。

［1］胡艳军，俞传峰，杜昌明.基于MMDS 电视微波的无线接入系统［J］.中国科学技术大学学报，2010，40(1):69－72.

［2］姜文耀.模拟MMDS 数字化改造的探讨［J］.中国有线电视，2010(15):1372－1374.

［3］廉刚.浅析数字MMDS 数字系统中节目的传输和加密［J］.有线电视技术，2011(2):37－38.

［4］田国栋.数字MMDS 系统的特点及应用［J］.包头职业技术学院学报，2008，9(1):5－6.