淺論廣播電視中的數(shù)字微波傳輸技術(shù)

摘 要:隨著國(guó)內(nèi)數(shù)字電視頻道的陸續(xù)開(kāi)播，數(shù)字電視正以嶄新的面貌進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)，為人們帶來(lái)了高品質(zhì)的視聽(tīng)享受，也極大地豐富了人們的日常生活。但由于數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)的建設(shè)主要面向城市，未能迅速觸及農(nóng)村及偏遠(yuǎn)地區(qū)，探究一種經(jīng)濟(jì)的、適合于快速建設(shè)的數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)成為當(dāng)務(wù)之急。

關(guān)鍵詞:數(shù)字電視 微波傳輸 傳輸系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào):TN943文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)04(b)-0014-01

1 廣播電視數(shù)字化傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)

1.1 信號(hào)雜波比和連續(xù)處理的次數(shù)無(wú)關(guān)

電視信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字化后是用若干位二進(jìn)制的兩個(gè)電平來(lái)表示，因而在連續(xù)處理過(guò)程中或在傳輸過(guò)程中引入雜波后，其雜波幅度只要不超過(guò)某一額定電平，通過(guò)數(shù)字信號(hào)再生，都可能把它清除掉，即使某一雜波電平超過(guò)額定值，造成誤碼，也可以利用糾錯(cuò)編、解碼技術(shù)把它們糾正過(guò)來(lái)。所以，在數(shù)字信號(hào)傳輸過(guò)程中，不會(huì)降低信雜比。而模擬信號(hào)在處理和傳輸中，每次都可能引入新的雜波，為了保證最終輸出有足夠的信雜比，就必須對(duì)各種處理設(shè)備提出較高信雜比的要求。模擬信號(hào)要求S/N＞40dB，而數(shù)字信號(hào)只要求S/N＞20dB。模擬信號(hào)在傳輸過(guò)程中噪聲逐步積累，而數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中，基本上不產(chǎn)生新的噪聲，也即信雜比基本不變。

1.2 頻道利用率高

數(shù)字壓縮技術(shù)是將模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣、量化，變成數(shù)字信號(hào)(即模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換)，再經(jīng)取樣壓縮編碼，驅(qū)除信號(hào)冗余度，以一定的壓縮比將信號(hào)頻帶壓窄，將其調(diào)制到載波上，這樣就提高了頻譜的利用率。

1.3 接收門(mén)限電平低、傳輸距離遠(yuǎn)

原廣電部GY/T106-1999標(biāo)準(zhǔn)中提出了有線電視廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，下行模擬傳輸系統(tǒng)要求載噪比C/N≥43dB。歐廣聯(lián)(EBU)給出了圖像信號(hào)的5級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，若要達(dá)到4級(jí)以上的良好質(zhì)量，則要求信噪比S/N≥36.6dB。在模擬信號(hào)的傳輸中，為防止信號(hào)的衰落，必須有6dB的衰落儲(chǔ)備量，因此模擬調(diào)幅微波傳輸鏈路中系統(tǒng)設(shè)計(jì)的載噪比必須C/N≥49dB。

1.4 圖像質(zhì)量好，抗干擾能力強(qiáng)

由于采用了數(shù)字濾波、數(shù)字存儲(chǔ)及再生中繼技術(shù)，排除了噪聲和失真積累的影響，改善了圖像的信噪比，徹底消除了亮度干擾，接收機(jī)的載噪比C/N在門(mén)限值以上時(shí)，幾乎可以得到無(wú)損傷的還原，雖經(jīng)多級(jí)中繼、轉(zhuǎn)發(fā)也不會(huì)降低圖像質(zhì)量，因此數(shù)字電視傳輸?shù)膱D像質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模擬電視傳輸?shù)膱D像質(zhì)量。

1.5 易于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的存儲(chǔ)，而且存儲(chǔ)時(shí)間與信號(hào)的特性無(wú)關(guān)

近年來(lái)，大規(guī)模集成電路(半導(dǎo)體存儲(chǔ)器)的發(fā)展，可以存儲(chǔ)多幀的電視信號(hào)，從而完成用模擬技術(shù)不可能達(dá)到的處理功能。例如，幀存儲(chǔ)器可用來(lái)實(shí)現(xiàn)幀同步和制式轉(zhuǎn)換等處理，獲得各種新的電視圖像特技效果。

1.6 數(shù)字載波調(diào)制方式的比較

前面提到的QPSK和64QAM都是數(shù)字信號(hào)的載波調(diào)制方式。基本的數(shù)字載波調(diào)制方式有3種，即振幅鍵控(ASK)、頻率鍵控(FSK)和相位鍵控(PSK)。QPSK屬于相移鍵控，也叫正交移相鍵控或4相調(diào)制。64QAM屬于振幅相位聯(lián)合鍵控，也叫多電平正交振幅調(diào)制。經(jīng)理論分析證明:在抗噪聲性能上，PSK最好，F(xiàn)SK次之，ASK最差。在占據(jù)頻譜寬度上，ASK和PSK相同，F(xiàn)SK是ASK的幾倍。經(jīng)過(guò)比較，得出這樣的結(jié)論:從抗噪聲性能和提高信道帶寬利用率的角度來(lái)看，相移鍵控是數(shù)字載波調(diào)制方式中最優(yōu)越的一種，在省干線上，多跳調(diào)頻模擬微波的改造用QPSK移相鍵控調(diào)制方式最合適。64QAM是振幅相位聯(lián)合鍵控，頻帶利用率最高，是一種高效率的數(shù)字微波方式，但它的抗干擾能力比QPSK差。64QAM特別適用于數(shù)字MMDS及微波傳輸跳數(shù)不多的模擬微波改造上。

2 干線微波的數(shù)字改造

2.1 調(diào)頻模擬微波和數(shù)字微波收發(fā)信設(shè)備的比較

工作原理相同。模擬和數(shù)字微波都采用70MHz中頻調(diào)制器，進(jìn)行上變頻至微波頻率，再進(jìn)行微波傳輸，只是模擬微波設(shè)備在發(fā)信中頻調(diào)制后有一級(jí)限幅中放，而數(shù)字微波沒(méi)有限幅中放這一級(jí)，其他部分的工作原理是一樣的。現(xiàn)在的模擬微波器件都是全固態(tài)化的，F(xiàn)ET場(chǎng)效應(yīng)器件、線性放大器等代替了過(guò)去的行波管、高壓盤(pán)，為模擬微波改數(shù)字微波鋪平了道路。

2.2 需要解決的幾個(gè)問(wèn)題

頻率穩(wěn)定度的問(wèn)題。模擬微波傳輸信號(hào)采用中頻調(diào)頻調(diào)制，變頻用的本振采用微波介質(zhì)穩(wěn)頻振蕩器，其頻率穩(wěn)定度只能達(dá)到10-4數(shù)量級(jí)。數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)傳輸電視信號(hào)采用中頻數(shù)字調(diào)制，經(jīng)過(guò)數(shù)字壓縮后的多套電視數(shù)字信號(hào)復(fù)接后對(duì)中頻進(jìn)行QPSK調(diào)制，上變頻到微波頻率進(jìn)行傳輸。它要求微波發(fā)信機(jī)線性指標(biāo)高，微波本振源的頻率穩(wěn)定度較高，不能低于10-6數(shù)量級(jí)，一般采用介質(zhì)穩(wěn)頻加鎖相穩(wěn)頻雙重技術(shù)進(jìn)行穩(wěn)頻，以達(dá)到這一要求。

相位噪聲問(wèn)題。模擬微波采用調(diào)頻方式傳輸，對(duì)系統(tǒng)相位噪聲要求不高，而數(shù)字微波采用QPSK調(diào)制和相干解調(diào)方式，傳輸數(shù)字壓縮電視信號(hào)，因此要求系統(tǒng)的相位噪聲低于-70dBc/Hz。線性功放問(wèn)題。調(diào)頻模擬微波的功放工作在非線性區(qū)，在早期發(fā)射機(jī)變頻器的前端還要增加一個(gè)限幅放大器。數(shù)字調(diào)相(QPSK)微波要求三階交調(diào)抑制>20dB，因此要求功放必須是線性放大器。

以上分析證明，模擬微波設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化改造不僅在理論上是可行的，在實(shí)踐上也是可行的。如遼寧省葫蘆島市廣電局等單位在國(guó)內(nèi)率先進(jìn)行了模擬微波改數(shù)字微波的嘗試，開(kāi)了一個(gè)好頭。20世紀(jì)90年代以后生產(chǎn)的1、4GHz、2GHz、7GHz、8GHz廣播電視微波設(shè)備，改造起來(lái)是不難的，基本上和進(jìn)口NEC的設(shè)備差不多。90年代以前生產(chǎn)的1、4GHz微波設(shè)備由于不是線性放大器，改造難度要大一些。4某省廣播電視模擬微波改數(shù)字微波的一個(gè)具體方案先對(duì)一個(gè)模擬微波信道進(jìn)行改造。原來(lái)傳輸1路電視信號(hào)、2路伴音信號(hào)，擴(kuò)容到4路電視信號(hào)、8路伴音信號(hào)、1路數(shù)據(jù)信號(hào)。

信號(hào)源前端采用壓縮編碼設(shè)備。目前國(guó)際上都采用MPEG-2國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)來(lái)傳輸PAL-D數(shù)字電視信號(hào)，電視信號(hào)壓縮到6Mbit/s，圖像質(zhì)量就能達(dá)到廣播級(jí)的水平。因此確定信源按MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)對(duì)PAL-D電視信號(hào)進(jìn)行數(shù)字壓縮編碼，壓縮的比特率為8、448Mbit/s，伴音信號(hào)按IEC268-15標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓縮編碼處理。

在信道傳輸上采用數(shù)字化傳輸。為了保證信號(hào)經(jīng)微波多站中繼傳輸后無(wú)噪聲積累、節(jié)目傳輸質(zhì)量和傳輸距離無(wú)關(guān)，中頻采用QPSK調(diào)制、同步相干解調(diào)方式，干線中繼采用再生中繼方式，在支線改造中為了節(jié)省投資，可采用中頻中繼，這樣，雖然有點(diǎn)噪聲積累，但不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成大的影響。

改造方案可以使擴(kuò)容升級(jí)很方便，可以隨壓縮編解碼碼率的改變擴(kuò)大節(jié)目傳輸容量。

3 結(jié)語(yǔ)

本文研究了在廣播電視中數(shù)字微波傳輸技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于數(shù)字電視傳輸技術(shù)的研究和推廣起到了積極地意義。

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