廣播電視微波數(shù)字化設(shè)備的技術(shù)要點(diǎn)

O 引言
    微波、衛(wèi)星和光纖是當(dāng)前廣播電視節(jié)目的三大傳輸手段。SDH數(shù)字微波接力系統(tǒng)出現(xiàn)后，為了提高頻譜效率出現(xiàn)了64QAM、128QAM、512QAM等高狀態(tài)調(diào)制方式，頻譜效率提高到1Obit/HZ。SDH系統(tǒng)采用了同步復(fù)用和靈活映射結(jié)構(gòu)，可以從高階支路直接分插低階支路信號(hào)，避免了逐級(jí)分復(fù)接過程，使設(shè)備簡(jiǎn)化，而且SDH系統(tǒng)安排了大量的開銷字節(jié)，使網(wǎng)絡(luò)的操作、管理、維護(hù)的配置能力大大加強(qiáng)。
    在數(shù)字微波系統(tǒng)中，多徑衰落是微波信道中頻譜失真的主要原因，因此需要各種各樣的對(duì)抗多徑衰落的措施，在數(shù)字微波系統(tǒng)中自適應(yīng)均衡和空間分集接收成了不可缺少的設(shè)備。
    下面就從數(shù)字微波收發(fā)信機(jī)及天饋系統(tǒng)入手，介紹其功能和作用。

1 發(fā)射機(jī)方框圖及功能
    1)調(diào)制器。數(shù)字調(diào)制過程的基本原理是把比特率為R(bits／s)的二進(jìn)制數(shù)字序列變換為適當(dāng)?shù)闹蓄l或射頻信號(hào)的處理過程，其中包括數(shù)字信號(hào)處理(如狀碼、信號(hào)編碼和微波幀開銷插入等)，頻譜成型，信號(hào)映射和調(diào)制過程。在SDH微波系統(tǒng)中，最廣泛采用的是將編碼和調(diào)制合成一起的技術(shù)，即編碼調(diào)制技術(shù)。它將冗余的比特插進(jìn)多狀態(tài)的一些傳輸信號(hào)的星座中，特別是那些距離最近的符號(hào)點(diǎn)，以取得更好的功率／頻譜利用率。

    2)中頻放大器。它的作用就是將已調(diào)制的中頻信號(hào)進(jìn)行放大。
    3)本地振蕩器：本振產(chǎn)生適當(dāng)?shù)纳漕l頻段內(nèi)的本地振蕩信號(hào)，與已調(diào)制的中頻信號(hào)進(jìn)行混頻產(chǎn)生出所要發(fā)射的微波信號(hào)，對(duì)于本振，除了要達(dá)到一定的功率電平，以滿足必信混頻器的需要，還要求頻率穩(wěn)定度高和相位噪聲低。因此在SDH微波系統(tǒng)中常采用介質(zhì)穩(wěn)定的鎖相振蕩器或高質(zhì)量的頻率綜合器，對(duì)于發(fā)射混頻器，為了抑制本振泄露和雜散產(chǎn)物，一般優(yōu)先采用平衡混合器?；旌掀骱笥眠厧V波器選出所需要的邊帶。
    4)功率放大器。它是用以將發(fā)射混頻器輸出的微弱信號(hào)電平(常為一dBm～一50dBm)放大到所需要的電平。常用的射頻功率放大器為砷化稼FET器件，由于SDH系統(tǒng)一般采用高狀態(tài)調(diào)制方式，對(duì)放大器的線性要求很高，故一般采用預(yù)失真來對(duì)放大器的殘余非線性進(jìn)行補(bǔ)償。在正常傳播條件期間，還采用自動(dòng)發(fā)信功率控制(ATPC)技術(shù)來降低輸出功率。經(jīng)過微波功率放大器放大后的微波射頻信號(hào)至天線送往下一站。
    5)自動(dòng)發(fā)信功率控制(ATPC)。ATPC是微波接力系統(tǒng)中能得到許多好處的一個(gè)實(shí)用措施，與固定工作條件下相反，微波發(fā)射機(jī)工作時(shí)輸出功率是可變的，最大值為Pmax，最小值或正常值為Pnom。在絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)，發(fā)射機(jī)工作于Pnom，只有當(dāng)遠(yuǎn)端接收機(jī)檢測(cè)到不利衰落條件時(shí)，即接收信號(hào)電平低時(shí)才達(dá)到Pmax，它是利用反向通道業(yè)務(wù)信道來控制反饋環(huán)配置中的發(fā)射機(jī)。
    從接收機(jī)中頻部分的AGC電壓得到的誤差信號(hào)，并將它與適當(dāng)固定基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，該電壓基準(zhǔn)與ATPC門限有關(guān)。有發(fā)射側(cè)，經(jīng)處理的誤差信號(hào)控制場(chǎng)效應(yīng)管(FET)放大器的輸出功率電平。由于采用ATPC使得高功率放大器的功耗明顯下降，有利于改善FET功放的平均故障時(shí)間，消除了接收機(jī)上的衰落問題，改善了相鄰波道的干擾。中斷性能變好，在擁擠的樞紐站，由于降低了標(biāo)準(zhǔn)接收電平，比較易于進(jìn)行頻率協(xié)調(diào)。
    ATPC方式有突變型和漸變型兩種。突變型ATPC系統(tǒng)是接收機(jī)的接收電平下降到設(shè)定的ATPC啟動(dòng)門限電平時(shí)，發(fā)射機(jī)發(fā)信功率立即工作于高電平。而當(dāng)接收電平重新上升到某一設(shè)定的上限電平時(shí)，發(fā)信機(jī)立即工作于低電平。而漸變型ATPC系統(tǒng)是接收電平在兩個(gè)門限電平之間時(shí)，發(fā)信機(jī)功率電平也逐漸作相應(yīng)變化。

2 微波收信機(jī)
    接收機(jī)完成的任務(wù)是將天線接收來的微弱的微波信號(hào)經(jīng)分波道濾波器后選出本波道信號(hào)，進(jìn)入低噪音放大器進(jìn)行射頻前置放大，用混頻器將從天線通過分路濾波器組件來的射頻信號(hào)與本振信號(hào)進(jìn)行差頻變換為中頻信號(hào)，用可變?cè)鲆娣糯笃鬟M(jìn)行中頻放大，以使得在存在衰落變化的情況下，保持輸出電平不變。下面著重介紹自動(dòng)增益控制和解調(diào)器以及自適應(yīng)均衡。

    1)自動(dòng)增益控制電路。大多數(shù)接收機(jī)的增益是由中主放來承擔(dān)，它的可變?cè)鲆媸怯脕硌a(bǔ)償由于傳輸引起的射頻信號(hào)衰落。裝有自動(dòng)增益控制電路(AGC)的中頻放大器的目的是使送達(dá)解調(diào)器的信號(hào)電平保持不變。放大器的增益變化一般是用許多級(jí)來完成的。這些增益可以隨著適當(dāng)?shù)目刂齐妷鹤兓?，而控制電壓又是放大器輸出端的中頻信號(hào)幅度的函數(shù)。實(shí)際上由輸出信號(hào)引出一部分由二極管檢波，由AGC濾波器(該濾波器防止有用頻譜以外的信號(hào)影響放大器總頻率響應(yīng))，經(jīng)放大后用作可變?cè)鲆婕?jí)的控制電壓，這個(gè)方法即從輸出的反饋通路和中間用于以可變?cè)鲆嫜a(bǔ)償輸出電平的變化和保持中頻輸出電平不變。
    2)解調(diào)器。載波恢復(fù)環(huán)是解調(diào)器的核心部件，它由壓控振蕩器(VCO)和鑒相器組成用以產(chǎn)生相干解調(diào)所必須的載波。所恢復(fù)的載波被分成相位差90°的兩正交載波。時(shí)鐘恢復(fù)電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖送給A／D轉(zhuǎn)換器，A／D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生8個(gè)數(shù)據(jù)流，再經(jīng)逆映射，并／串變換，去擾碼，恢復(fù)出原來的數(shù)據(jù)流。
    3)自適應(yīng)均衡。在數(shù)字微波系統(tǒng)中，為了補(bǔ)償由多徑衰落產(chǎn)生信號(hào)失真和減少中斷時(shí)間，廣泛采用自適應(yīng)均衡。根據(jù)不同的工作頻率，可將均衡器分為帶通均衡和基帶均衡。帶通均衡在接收機(jī)中頻級(jí)進(jìn)行和頻域工作，用以控制信道的傳遞函數(shù)，常稱為頻域均衡器(AFE)，后一種均衡器在時(shí)域工作，直接減少由于傳遞函數(shù)不理想而產(chǎn)生的符號(hào)間干擾，常稱為時(shí)域均衡器(ATE)。與．AFE相比，ATE的均衡能力更大，有些SDH微波系統(tǒng)不再使用AFE，只用ATE，而大多數(shù)系統(tǒng)中，AFE和ATE聯(lián)合使用。

3 天饋線系統(tǒng)
    在微波接力系統(tǒng)中，對(duì)天線的基本要求是在線效率高，旁瓣電平低，交叉極化鑒別率高，電壓駐波比低，工作頻帶寬。饋線用于將天線與微波收發(fā)信機(jī)連接起來，現(xiàn)在在4GHz～15GHz頻段廣泛采用橢圓軟波道作為饋線，它便于計(jì)饋線的布局和安裝，整個(gè)饋線系統(tǒng)包括橢圓波導(dǎo)、橢矩變換、密封節(jié)、充氣波道段。為了保護(hù)饋線，饋線中必須充有干燥空氣。
    在SDH微波系統(tǒng)中，多徑傳播引起的頻率選擇性衰落是影響系統(tǒng)性能最重要的因素。它使接收電平下降，從而使載噪比和載波干擾比下降。同時(shí)由于頻譜失真造成脈沖波形失真，而產(chǎn)生碼間干擾造成所恢復(fù)的載波相位誤差和定時(shí)的相位抖動(dòng)。
    分集接收是對(duì)抗多徑衰落，提高數(shù)字微波傳輸質(zhì)量的重要手段之一，所謂分集技術(shù)就是為了對(duì)抗多徑衰落的影響，將多個(gè)特性不同的收信信號(hào)合成或切換，得到良好信號(hào)的技術(shù)稱為分集技術(shù)，考慮到使用不同的天線，頻率極化，到達(dá)角、路由、地址和時(shí)間，分別稱為空間分集、極化分集、角度分集、路由分集、站址分集和時(shí)間分集。
    1)頻率分集。它是使用兩個(gè)或多個(gè)不同頻率發(fā)射同一信息，在接收端選出傳輸質(zhì)量比較好的信號(hào)，它利用了不同頻率上出現(xiàn)衰落的不相關(guān)性，也就是在兩上頻率上同時(shí)發(fā)生瞬斷的概率較低的特性。頻率分集以數(shù)字微波系統(tǒng)的改善比模擬系統(tǒng)要大的多。
    2)空間分集：它通常用兩個(gè)或更多個(gè)垂直間隔某個(gè)距離的接收天線來實(shí)現(xiàn)的，天線之間的距離應(yīng)足夠大，以便提供各信號(hào)中由多徑衰落引起的各種操作有足夠的不相關(guān)性。由圖3可見，接收到的天線電波是通過不同的路徑進(jìn)行傳輸?shù)?，它們不可能同時(shí)受到衰落的影響，所以空間分集對(duì)接收功率降低和信號(hào)失真都有相當(dāng)大的改善。

    近年來，隨著微波通信技術(shù)的發(fā)展，高性能高速多狀態(tài)調(diào)制解調(diào)技術(shù)、自適應(yīng)交叉極化干擾抵消（XPIC）技術(shù)、前向糾錯(cuò)技術(shù)、專用大規(guī)模集成電路（ASIC）設(shè)計(jì)仿真技術(shù)都應(yīng)用到SDH數(shù)字微波通信中，大大提高了微波通信的容量和可靠性。