数字电视模拟微波传输系统数字化改造方案

王人磊

(昆明广播电视台技术部，云南昆明 650118)

根据国家工信部要求，将现有传统的模拟微波通信传输系统设备进行改造，但如何采取更加稳妥、投入资金少，且在不破坏原有设施的基础上进行改造。基于以上考虑，建设一个高标准的光纤传输网，已成为对现有通信网进行低成本数字化改造的选择。

1 原理基础

1.1 信号处理相关

(1)音频、视频复合方式。模拟微波的基本原理较为简单，只需将视频信号与调制到副载波上的音频信号直接相加即可，而对于数字微波而言，需要将压缩后的视、音频信号打包后使其变为传输码流。

(2)信道信号的预处理。模拟微波为了改善信噪比和高次谐波的串扰，故采取相关加重措施来调节信号的带宽。为了增加通信的可靠性，采用信道编码，或为了增强系统的抗干扰能力，在原码流中插入某种编码的过程［2］。

(3)解调与调制。模拟微波的调制过程是对信号进行波形的变换;而对于数字微波而言，对中频信号进行的键控过程就是调制。对于数字信号的调制，即数字信号转换成可传播的信号。而解调即为调制的逆过程。

(4)指标方面。基带信号在模拟微波上讲是连续的，可用保真度和信噪比表达［3］，误码率是主要参数指标，模拟微波的各项指标状态会对信号质量的优劣产生重要影响。这一过程是连续的。

1.2 收、发信相关分析

(1)工作原理。中频调制器的使用上，模拟和数字微波采用的均是70 MHz，首先上边频率至微波频率，微波传输过程其次，除了跟数字微波无限幅中放这一级有不同之处以外，其余工作原理基本相同［4］。(2)模拟微波系统通道的部分传输性能指标。为了增加通信的可靠性，采用信道编码，或为了增强系统的抗干扰能力，在原码流中插入某种编码的过程。(3)模拟微波器件的现状。如今的微波模拟化器件均是全固态化的，如线性放大器、FET场效应管等器件已代替了过去的高压盘和行波管，这种新趋势为模拟微波改造成为数字微波打下了基础。

2 设计标准参照

根据实际要求，同时考虑兼容现有设备和网络，并保护现有的设施及资源，在数字化改造中的具体设计应遵循以下的设计原则［5－6］:(1)以小的投资产出最大化的利益，数字化改造后的系统应既能达到当前的需要，又可考虑到日后扩容的需要。(2)要保证在高起点的改造基础上，使改造后的网络系统具有可用性、稳定性、先进性、可靠性和易于维护性。(3)在改造过程中应采用成熟先进的技术、设备，使其具有更大的先进性和超前性。

3 方案的设计与系统的调试

3.1 方案设计

经技术层面上的论证分析，并与现有的数字微波设备作了比较，确定了对现有的系统进行改造的初步方案，即数字化改造。数字化改造的发信、收信系统模型如图1和图2所示。

图1 发信单元

图2 收信单元

在设计中，模拟电视信号及立体声广播信号分别通过视频编码器和音频编码器处理，模拟信号被分别量化、编码压缩转换成适合传输的TS流，将上述生成的TS流分别送入2台复用器进行各自独立复合生成相同的两个待调制的TS流，2台64 QAM调制器将各自送入的待调制TS流调制为两路70 MHz的中频信号，信号经分路器传输至数字化改造后的6 GHz微波发讯机进行发射。

具体设计实施方案如下:

(1)频率的稳定度。根据微波本振源的频率稳定度不能低于10－6数量级这一硬性要求，应采用两种方式进行稳频，即介质稳频加锁相稳频，否则误码率将会显著增大。

(2)线性功放方面。模拟微波发信机正常工作的条件是其功放只有在接近饱和点的非线性状态下才可运行，故为了降低成本，充分利用好原有设施，在实施改造中可采取一些措施来进行弥补，例如通过降低发信机的功率和牺牲放大器的线性指标等措施来进行权衡。

(3)信道容量计算。码率C与符号率SR的关系是

其中，m为单位码元对应的数据信息的比特数。传输时，符号率(SR)和传输带宽(BW)的关系是

式中，α是低通滤波器的滚降系数，当其取值为0时，频带利用率最高，占用的带宽最小，但由于波形拖尾振荡起伏大，易造成码间干扰;当其取值为1时，带外特性呈平坦特性，占用的带宽最大，为α=0时的两倍。在数字电视系统中，取 α =0.16，一个8 Mbit·s－1物理带宽的模拟频道其符号率为

采用64QAM调制方式，其信道码率为

经MPEG－2编码器压缩的数字电视音视频信号的容量约为6 Mbit·s－1，立体声信号经编码压缩其的容量约为1.5 Mbit·s－1。系统采用64 QAM调制方式传输，满足现场传输要求［7］。

3.2 系统调试

发信机功放的功率

最大发信功率为W，其增益

自由空间损耗

天线增益

系统天线直径为2 m，则其增益

因此，系统实际测试馈线分路系统总衰耗 Lb=15 dBm。收信机设备入口门限电平要求＞－70 dBm。系统理论设计电平满足实际收信机的技术指标要求。

因现在实际传输距离较短，为了达到进一步提高线性指标的目的，现将发信功率调低至0.6 W，这能更好地保证相位噪声的指标［8］。由此，功率便得以降低，实际应用中，系统载噪比＞35 dB，其＞20 dB的冗余量，且因收信机系统门限电平较低，故不会对信号的实际传输效果产生较大的影响。

3.3 改造后的作用及意义

经上文的分析可以得出，在对原有的模拟微波传输系统经一定的改造后，各项指标能达到我国通信系统的具体线性要求，且不会对现有的通讯设施产生实质性的破坏。在我国通信事业的全面布局下，对原有网络的数字化改造将会逐步进行，以逐步达到国际先进水平。本方案在解决这一问题上做的探索是积极有益的，通过实际项目经验来对问题进行分析，符合现阶段我国的通信行业具体情况。

4 结束语

对模拟微波传输数字化改造的经验表明:数字化改造是可行的，为充分利用现有的设备和资源，节省投资提供了一条理想的途径。数字化改造后的微波传输系统，在未来通信布局起到了积极的推动作用。数字化改造后，可进行一系列的业务改善，例如数字相关业务，与现有的通信网络相互依托，可开拓多媒体市场，为建立综合信息业务网络提供了必要条件。

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［2］刘毓敏.数字视音频技术与应用［M］.北京:机械工业出版社，2003.

［3］刘达，龚建荣.视频编码技术进展研究［J］.现代电视技术，2003(10):40－42.

［4］吴乐南.数据压缩［M］.3版.北京:电子工业出版社，2012.

［5］鲁业频.数字电视基础［M］.北京:电子工业出版社，2002.

［6］刘文开，刘远航.地面广播数字电视技术［M］.北京:人民邮电出版社，2003.

［7］李翠萍.微波通信的现状及发展前景［J］.现代通信，2002(2):70－72.

［8］姚冬平，黄清，赵红礼.数字微波通信［M］.北京:清华大学出版社，2004.