數字微波傳輸信號衰落分析及對策

何 剛

（作者單位：貴州省新聞出版廣電局八四一臺）

數字微波傳輸信號衰落分析及對策

何 剛

（作者單位：貴州省新聞出版廣電局八四一臺）

數字微波通信是廣播電視節目信號傳輸的核心環節，受到自然環境等因素影響，數字微波傳輸過程中將出現信號衰落。為了提高數字微波傳輸信號的質量，本文對數字微波傳輸信號的衰落根源進行了分析，在此基礎上論述了抵抗數字信號衰落的對策。并針對頻率選擇性衰落，設計了一種基于自適應均衡器的抵抗技術方案，并通過實驗驗證了所提方案的效果。

數字微波通信；信號衰落；抗衰落；均衡器

數字微波傳輸信號與其它通信技術相比，因頻帶寬、容量大、遠距離傳輸質量高、抗自然災害性強等優點而在廣播電視等領域獲得了廣泛的研究與應用，然而，在微波頻段，傳輸信號于頻率很高，穿越低空大氣層時受到大氣的溫度、濕度和壓力的影響較大，造成數字微波接收信號場強起伏變化，即表現出信號衰落現象。因此，對數字微波傳輸信號的衰落根源進行分析，并設計預防信號衰落的技術或方案具有重要的意義［1］。

1　數字微波通信基本原理

數字微波通信系統主要由發信端與收信端2部分組成。發信端設備包括調制器和發射機兩部分，輸入數字基帶信號在調制器中對載波進行中頻調制（或者在微波上直接調制），調制方式可以是調幅、調頻或調相，已調信號送入發射機后，由發射機把中頻信號變換為微波信號，并且進行放大（對在微波上直接調制的信號只進行放大），然后發射出去。

收信端設備包括接收機、解調器和判決再生器3部分。接收機接收到的微波信號進行反變換，使其變為中頻信號。經放大后，送入解調器，解調器從中頻信號中取出調制前的基帶信號。解調器的輸出可能混有傳輸過程中產生的干擾和噪聲，因此要由判決再生器對其進行取樣判決，然后恢復成原來的數字脈沖基帶信號。

2　數字微波傳輸信號衰落分析

2.1數字信號衰落的成因

按照衰落發生的物理成因，可分為2大類。一類稱為閃爍（或起伏）型衰落，這種衰落因大氣環境局部變化的微小擾動引起電波射束散射所造成，各散射波的振幅小，相位隨著大氣變化而隨機變化，結果它們在接收點的合成振幅變化很小，對主波影響不大。因此，這種衰落對視距微波接力電路的穩定性影響不大［2］。另一類衰落是由于大氣折射指數的隨機變化所引起的，其衰落深度可以很深，以至引起電路中斷，這一類衰落包括K型衰落和波導型衰落，大自然氣象狀況發生變化不可避免，如大氣折射的慢變化、雨霧衰減，大氣中不均勻體的散射等引起的衰落，使信號帶內各頻率分量的衰減無顯著差別。因此，這種衰落特征平坦，可以使收信電平降低，嚴重時可使電路中斷。

此外，由于多徑傳播也可能引起信號傳輸衰落。由于氣象條件驟然變化，使傳播異常，可能出現多條傳播路徑到達接收天線。這幾條射線由于在垂直面上來波角度不同及它們相位的變化，將造成相互干擾，使合成信號產生或深或淺的衰落。當接收天線高度固定時，這種衰落具有頻率選擇性；另一種情況是電波在低空大氣層傳播時，由于大氣波導層的折射或反射形成的多徑傳播，產生的衰落叫波導型衰落，也具有頻率選擇性，故多徑傳播衰落也叫頻率選擇性衰落。

2.2數字信號衰落的特性分析

廣播電視數字信號在實際傳輸運用的過程中，需要采用大容量數字微波多路信號，這類信號屬寬帶信號，寬帶信號通過空間信道后，各頻率分量經受不相關的衰減。在接收的合成信號中，表現在某個小頻帶內的頻率衰減過大，使信號整個頻帶內，不同頻率的衰落深度不同，這種現象表現為多徑衰落的色散特性，也可以說這種衰落就是頻率選擇性衰落［3］。產生這種衰落時，接收的信號功率電平不一定小，但其中某一些頻率成分幅度過小，使信號產生的波形失真，數字微波對這種衰落反應敏感，由波形失真形成碼間串擾，使誤碼率增加。所以對數字微波電路設計來講，克服頻率選擇性衰落是首要解決的問題，解決頻率選擇性衰落僅考慮增加發射功率是不行的，最好的解決辦法是采用分集接收和自適應均衡技術。

3　數字微波傳輸信號抗衰落技術對策

3.1分集接收技術策略

為克服微波信號上的頻率選擇性衰落，可采用分集接收（常用二重分集）。常用的分集方式是頻率分集和空間分集。二重頻率分集是用同一天線發射2個頻率，兩者載同一消息，在接收端，用同一天線接收的兩個頻率被兩部接收機分別接收后，再通過組合電路輸出，這種方式占用頻帶寬，在干線微波上很少采用。二重空間分集是一個天線發射，兩個在不同位置的天線接收，再通過耦合電路輸出，對頻率選擇性衰落更嚴重的情況，也可以2種分集同時采用，稱為混合分集。當存在地面反射時，垂直空間分集由平滑地面反射，發生地面反射而引起衰落時，衰落大小與行程差有關、與余隙有關，所以接收場強（或電平）隨接收點高度的變化而變化，呈瓣狀圖形。

3.2自適應均衡技術

自適應均衡器能夠自動的調節系數從而跟蹤信道，在通信系統中是一項關鍵技術。多徑衰落引起傳輸信道的衰落和失真都是隨地理環境和時間而隨機變化。因此，需要設計抗多徑衰落的均衡技術也必須具有實時適應能力。對于抗信號平坦衰落，一般是在接收機的中放電路加入自動增益控制電路。對于頻率選擇性衰落，一般使用空間分集、中頻自適應幅度均衡和基帶時域均衡，它們可以單獨使用，也可組合使用，這種均衡對小時延差的多徑衰落能夠獲得滿意的均衡效果。

自適應均衡器［4］結構簡單、造價低廉、使用方便，可以與空間分集技術結合使用，處理線路上的平坦衰落和頻率選擇性衰落問題，效果十分顯著。根據工程實踐，這種結合用于數字微波接力系統，是一種很好的綜合措施。對于個別多徑衰落特別嚴重的地段，如水面或地面反射大的地段，需要在上述綜合利用基礎上再加上基帶時域均衡。

3.3基于路由選擇的抗衰落對策

在微波通信過程中，需要對線路路由作理論計算和科學論證，要考慮相鄰站間有無障礙物阻檔波束。根據視距微波通信的特點，兩站間的距離最好在可視范圍內，由于地面對電波傳播的影響，線路應盡量避免跨越水面和平坦的開闊地面，防止造成強反射信號而形成深衰落，所以路由盡量選擇起伏不平的斷面，并注意充分利用地形條件。如果在線路上不可避免地要經過強反射地域時，應使一端天線架得很高，另一端天線架得很低，使反射點落在低端，并注意利用障礙物阻擋反射波。為保證可靠通信，站距不應太長，因為深衰落與站距有關，站距越長越容易引發深衰落。

4　抗衰落自適應均衡器電路設計與實驗

通過在廣播接收機前端配置自適應均衡器可以降低數字微波傳輸中出現的頻率選擇性信號衰落。用于抗衰落的自適應均衡器采取如下設計方案：在較短的微波接力段采用自適應振幅均衡器；在標準站距的微波接力段采用自適應振幅均衡器與空間分集技術結合。在數字信號傳輸過程中，傳輸碼間干擾始終是影響通信質量的主要因素之一，為了提高通信質量，減少碼間干擾，在接收端通常采用均衡技術抵消信道的影響。由于信道響應是隨著時間變化的，通常采用自適應均衡器。

按照上述方案，設計了一種自適應均衡器用于抵抗頻率選擇性數字微波信號衰落，均衡器的電路結構見圖1。在自適應均衡器中，采用美國國家半導體的CLC014進行二級均衡濾波，外圍電路接收均衡濾波單元送來的差分信號，并產生用于控制濾波單元的控制信號，以實現自適應均衡濾波原理。

圖1　抗衰落自適應均衡器結構與組成

采用上述自適應均衡器抵抗頻率選擇性數字微波信號衰落，并進行仿真實驗，實驗結果見圖2。由圖2可以發現，采用自適應均衡器后頻率選擇性衰落有了很好的補償與抑制，輸出信號穩定。

圖2　基于自適應均衡器的信號接收效果

5　結語

通過對數字微波傳輸抗衰落技術進行了研究，針對頻率選擇性信號的衰落情況，提出了不同的信號抗衰落策略方案，并選用基于自適應均衡器進行了信號抗衰落實驗，其實驗結果為傳輸信號接收效果良好。科學的驗證了數字微波傳輸信號的衰落是可以通過抗衰落策略得到有效抵消或抑制，文中提出的各種抗衰落技術策略，對數字微波通信抗衰落工程的開展應用是會起到具有一定的參考和借鑒意義。

［1］王彧.數字微波通信中的抗衰落技術［J］.山西科技，2005（5）.

［2］崔俊龍.大容量數字微波電路電波衰落現象成因及應對措施［J］.山西科技，2013（5）.

［3］寧海斌.數字微波電路傳輸衰落對抗措施的應用討論［J］.廣播與電視技術，2007（11）.

［4］胡彬，朱志輝，張利清.論數字微波傳輸中衰落與抗衰落［J］.內蒙古廣播與電視技術，2008（2）.