試論利用計算機網絡建立新型微波傳輸系統

馬琳娜

摘 要：以計算機技術為代表的信息科技從各個方面影響和改變著我們的生活，而其中的計算機網絡技術的發展更為迅速，隨著人們對于信息資源共享以及信息交流的迫切需求，促使計算機網絡的產生和使用為人類信息文明的發展帶來了革命性的變化。同時，科技的發展推動著廣播電視的更新換代，計算機網絡技術在廣播電視信號傳輸設備在逐步由模擬向數字過渡的過程中發揮著重要作用，它可使廣播電視微波信號傳輸逐步實現實現自動化，做到無人值班，有人留守，并逐步滲透實現廣播電視微波信號傳輸數字化的全過程，從而優化工作方式，提升工作效能。

關鍵詞：廣播電視微波傳輸、計算機網絡、網絡協議、服務器、防火墻

一、廣播電視微波傳輸的數字化網絡建設的必要性：

隨著網絡的逐步普及，模擬微波已完成它的歷史使命，已被更為先進的數字化微波所代替。廣播電視微波傳輸的數字化網絡建設是廣播電視信號傳輸事業發展的必然選擇，在廣播電視微波傳輸的數字化建設中，利用網絡的優勢不僅能為現代化廣播電視信號傳輸、綜合信息管理和無人值機等一系列應用提供基本操作平臺，而且能提供多種應用服務，使廣播電視信號能及時、準確地傳送給各個微波站。本設計課題將主要以廣播電視微波傳輸的數字化網絡建設過程可能用到的各種技術及實施方案為探索方向，為廣播電視微波傳輸的數字化網絡建設提供理論依據和實踐指導。

二、 計算機網絡和微波傳輸

數字化是信息傳播的重要標志。傳輸手段的數字化必然會帶來系統的網絡化，從而促進整個社會的信息化。從廣播電視工作者的角度看，模擬微波的抗干擾能力差，傳輸質量不高。因此，采用數字微波提高抗干能力是大勢所趨，也是保證廣播電視節目傳輸質量的重要技術保障。Internet引起了全球信息化建設的浪潮與國際互聯網在全球的推廣應用，計算機網絡技術在數字微波中的應用將在實現廣播電視微波傳輸網，有線電視廣域網，傳送廣播電視節目、電視、雙向會議、數據傳輸等業務中發揮重要作用。利用Internet建設提高廣播電視微波傳輸的傳輸效果，符合長效運行機制的無線覆蓋網絡，是新時期廣播電視發展的重要任務。

1、計算機網絡

計算機網絡，是指將地理位置不同的具有獨立功能的多臺計算機及其外部設備，通過通信線路連接起來，在網絡操作系統，網絡管理軟件及網絡通信協議的管理和協調下，實現資源共享和信息傳遞的計算機系統。[1]

2、微波傳輸

微波傳輸是一種最靈活、適應性最強的通信手段，具有建設快、投資小、應用靈活的特點，不僅在移動網絡中廣泛的應用，同樣得到固定網絡運營商的青睞；它的可以廣泛應用在廣播電視，安防視頻監控傳輸、控制等方面。到目前，中國還擁有全國的骨干微波鏈路。早在40年代初期，微波技術就開始在我國的通訊、雷達、電視廣播中得到應用，尤其在西方國家應用更為廣泛。半個世紀以來，微波能已在各個科技領域中發揮出巨大作用，人類科技的進步與微波能技術的應用有著極為重要的關系。進入90年代后，隨著科學技術的發展，微波技術在我國廣播電視事業中也開始得到較為普遍的應用，并產生出巨大的社會效益。[7]

三、廣播電視微波傳輸網絡的建設思路的建設

1、廣播電視微波傳輸網絡的建設思路

廣播電視微波傳輸網絡的建設是一項非常復雜的系統工程，廣播電視微波傳輸系統作為一個特殊的網絡應用環境，它的建設與使用都有其自身的特點。在選擇網絡的網絡技術時要體現開放式、分布式、安全可靠，維護簡單等原則。廣播電視微波傳輸網絡是使用了網絡技術以及各種多媒體應用技術，并結合Internet應用等其它的技術來建設。使得廣播電視微波傳輸網絡能滿足廣播電視信號數字化傳輸的要求，使計算機的應用能對廣播電視信號傳輸數字化重要的促進作用，并與外部網絡系統進行交流等多種需要。

2、廣播電視微波傳輸網絡的建設原則

廣播電視微波傳輸網絡建設是一項綜合性非常強的系統工程，它包括了網絡系統的總體規劃、硬件的選型配置、系統管理軟件的應用以及人員培訓等諸多方面。因此在廣播電視微波傳輸網絡的建設工作中必須處理好實用與發展、建設與管理、使用與培訓等關系，從而使廣播電視微波傳輸網絡的建設工作健康穩定地開展。

首先，廣播電視微波傳輸網絡的建設是一個為廣播電視信號傳輸長期服務的工作，因此在廣播電視微波傳輸網絡的規劃建設過程中，必須從廣播電視微波傳輸事業長遠發展規劃出發，以服務于廣播電視微波的優質傳輸為基本點，結合當前廣播電視信號的實際需要，做出科學的規劃部署。在廣播電視微波傳輸網絡的規劃建設中，一般應遵循“統一規劃、整體設計、分步實施”的原則。

其次在廣播電視微波傳輸網絡的建設中必須堅持硬件建設與組織管理協調發展的原則，在重視硬件建設的同時，加強網絡的組織管理水平，不斷開發網絡的功能，從而充分發揮網絡的功效，提高廣播電視微波傳輸網絡對廣播電視信號傳輸的服務水平。按照“技術先進，安全可靠，經濟可行，保證長效”的原則，依托微波站高山高塔、覆蓋面廣的資源優勢，利用這些數字微波電路和數字電視平臺和多個數字MMDS系統組成，建成一個符合我市發展實際的廣播電視無線數字傳輸與覆蓋網絡。[2]

四、廣播電視微波數字化設備的技術要點

1 發射機的功能

1）調制器。數字調制過程的基本原理是把比特率為R（bits/s）的二進制數字序列變換為適當的中頻或射頻信號的處理過程，其中包括數字信號處理（如狀碼、信號編碼和微波幀開銷插入等），頻譜成型，信號映射和調制過程。在SDH微波系統中，最廣泛采用的是將編碼和調制合成一起的技術，即編碼調制技術。它將冗余的比特插進多狀態的一些傳輸信號的星座中，特別是那些距離最近的符號點，以取得更好的功率/頻譜利用率。

2）中頻放大器。作用是將已調制的中頻信號進行放大。中頻放大器不僅要放大信號，還要進行選頻，即保證放大的是中頻信號。在這一點上，與高頻放大器是有所不同的，高頻放大器要放大88-108M1z一個頻段內的調頻信號。中頻放大器的輸出信號要有足夠的幅度，以便限幅和鑒頻器能正常工作。所以，中頻放大器的級數較多。中頻放大器主要是將混頻器輸出的信號進行大幅度提升，以滿足解調電路的需要。

3）本地振蕩器：本振產生適當的射頻頻段內的本地振蕩信號，與已調制的中頻信號進行混頻產生出所要發射的微波信號，對于本振，除了要達到一定的功率電平，以滿足必信混頻器的需要，還要求頻率穩定度高和相位噪聲低。因此在SDH微波系統中常采用介質穩定的鎖相振蕩器或高質量的頻率綜合器，對于發射混頻器，為了抑制本振泄露和雜散產物，一般優先采用平衡混合器。混合器后用邊帶濾波器選出所需要的邊帶。

2、微波收信機

接收機完成的任務是將天線接收來的微弱的微波信號經分波道濾波器后選出本波道信號，進入低噪音放大器進行射頻前置放大，用混頻器將從天線通過分路濾波器組件來的射頻信號與本振信號進行差頻變換為中頻信號，用可變增益放大器進行中頻放大，以使得在存在衰落變化的情況下，保持輸出電平不變。

下面著重介紹自動增益控制和解調器以及自適應均衡。

1）自動增益控制電路。大多數接收機的增益是由中主放來承擔，它的可變增益是用來補償由于傳輸引起的射頻信號衰落。裝有自動增益控制電路（AGC）的中頻放大器的目的是使送達解調器的信號電平保持不變。放大器的增益變化一般是用許多級來完成的，這些增益可以隨著適當的控制電壓變化，而控制電壓又是放大器輸出端的中頻信號幅度的函數。實際上由輸出信號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影響放大器總頻率響應），經放大后用作可變增益級的控制電壓，這個方法即從輸出的反饋通路和中間用于以可變增益補償輸出電平的變化和保持中頻輸出電平不變。

2）解調器。載波恢復環是解調器的核心部件，它由壓控振蕩器（VCO）和鑒相器組成用以產生相干解調所必須的載波。所恢復的載波被分成相位差90°的兩正交載波。時鐘恢復電路產生時鐘脈沖送給A/D轉換器，A/D轉換器產生8個數據流，再經逆映射，并/串變換，去擾碼，恢復出原來的數據流。

3）自適應均衡。在數字微波系統中，為了補償由多徑衰落產生信號失真和減少中斷時間，廣泛采用自適應均衡。根據不同的工作頻率，可將均衡器分為帶通均衡和基帶均衡。帶通均衡在接收機中頻級進行和頻域工作，用以控制信道的傳遞函數，常稱為頻域均衡器（AFE），后一種均衡器在時域工作，直接減少由于傳遞函數不理想而產生的符號間干擾，常稱為時域均衡器（ATE）。與.AFE相比，ATE的均衡能力更大，有些SDH微波系統不再使用AFE，只用ATE，而大多數系統中，AFE和ATE聯合使用。3 天饋線系統

在微波接力系統中，對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信機連接起來，現在在4GHz～15GHz頻段廣泛采用橢圓軟波道作為饋線，它便于計饋線的布局和安裝，整個饋線系統包括橢圓波導、橢矩變換、密封節、充氣波道段。為了保護饋線，饋線中必須充有干燥空氣。

分集接收是對抗多徑衰落，提高數字微波傳輸質量的重要手段之一，所謂分集技術就是為了對抗多徑衰落的影響，將多個特性不同的收信信號合成或切換，得到良好信號的技術稱為分集技術，考慮到使用不同的天線，頻率極化，到達角、路由、地址和時間，分別稱為空間分集、極化分集、角度分集、路由分集、站址分集和時間分集。

五、廣播電視微波傳輸的數字化網絡建設系統的選擇與設計

SCADA系統是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統。在廣播電視微波傳輸的數字化網絡建設系統的選擇與設計方面無疑可以起到意想不到的效果。[5]

1、SCADA系統是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統。它可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能。由于各個應用領域對SCADA的要求不同，所以在廣播電視微波傳輸網絡方面選擇相應的SCADA系統也是相當重要的。[3]一般SCADA系統由監控中心、通訊網絡和遠程數據采集終端組成。監控中心即數據處理和顯示系統，也稱上位機HMI（HumanMachineInterface）——人機界面系統由軟件和硬件組成，其中硬件主要包括服務器、管理員站和操作員站，軟件采用專用的SCADA系統軟件。

2、SCADA系統通訊網絡大體可以分為兩類：

有線和無線。遠程數據采集終端，即各種智能數據采集設備，也就是通常所說的下位機，如各種RTU、PLC及各種智能控制設備等。

3、 SCADA系統在微波數字化中的應用設計

結合SCADA系統的體系結構，在互聯網發展的今天，SCADA系統的結構、通信網絡、現場數據采集終端都會發生新的變化。

（1）監控中心

監控中心由硬件設備和應用軟件組成。

硬件設備：在滿足網絡功能要求的前提下，采用云計算概念，主要功能在服務器上完成，用云終端代替操作員站與管理員站的計算機，簡化操作員站與管理員站的硬件設備，提高系統的安全性、可靠性，便于系統功能與規模的擴充。

應用系統軟件：在滿足一般使用要求的前提下，需要強大的網絡功能，由傳統點到點的SCADA系統發展為端到端的互聯網協議架構系統。在互聯網發展的今天，應設計以下功能：

◆支持PDA、智能手機作為操作終端

SCADA系統軟件直接支持智能手機作為操作終端。

這使得SCADA的使用范圍從監控室擴大到任何手機網絡可以到達的區域。

◆遠程組態和維護技術

SCADA系統的組態采用B/S結構，B/S結構即瀏覽器/服務器結構的軟件，可提供很強的遠程維護支持，大大降低項目實施和維護的成本。

◆多種的權限管理

傳統SCADA系統的操作員是限定在很少的幾個人，而現在SCADA系統是面向全企業不同層面、不同部門的人員提供服務的網站發展，這就要求SCADA軟件具有多種權限支持。

◆視頻與信號數據一體化

將現場視頻與SCADA調度系統集成在一起，突出了調度決策的現場感知效果。

4、通訊網絡

兼容多種通信模式，如將無線專網、GPRS/CDMA/3G、光纖網及衛星網等，通過互聯網通信技術，實現各種應用網絡的互聯互通，真正組成一個可連接各種感知終端的有機通信網絡平臺。[4]

5、遠程數據采集終端

根據需要選用WSN/Wi-Fi等無線組網方式，增加現場組網的靈活性。

應具有很強的通訊能力，自帶以太網接口，在監控現場根據不同的采集對象選擇不同的組網方式：對于數據采集，利用WSN無線傳感器網絡采集比較分散的傳感器；對于視頻采集，利用Wi-Fi無線組網。無論采用哪種無線組網方式均能減少布線、施工的工作量。

WSN無線傳感器網絡具有以下優點：

◆成本低

WSN節點采用嵌入式處理器和存儲器，就單個節點而言，硬件成本是較低的。WSN采用開放的簡化ZigBee協議棧，工作在2.4GHz免執照的ISM頻段。

◆對等網絡多冗余、高可靠性

WSN沒有嚴格的控制中心，所有節點地位平等，是一個對等式網絡。節點可以隨時加入或離開網絡，任何節點的故障不會影響到整個網絡的運行，具有很強的抗毀性。

◆組網能力強

支持樹狀、星狀、網狀等多種組網方式，網絡的布設和展開無需依賴于任何預設的網絡設施，節點通過分層協議和分布式算法協調各自的行為，節點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的網絡。

◆多跳（Multi-hop）路由

WSN節點通信能力有限，覆蓋范圍只有幾十米到幾百米，節點只能與它的鄰居直接通信。如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節點進行通信，則需要通過中間節點進行路由。WSN中的多跳路由是由普通網絡節點完成的。

結語

為了在更大范圍內實現遠距離微波傳輸和資源共享，設備互聯，將是微波信號自動化傳輸的又一巨大發展潛力，網絡之間的互聯便成為一種信號快速傳達的最好方式。隨著科技日新月異的進步，探索如何在網絡互聯的作用下，有效利用網絡技術，節省資源，促使廣播電視微波傳輸在數字化的基礎上向自動化傳輸靠近，優化工作方式，提升工作效能。

從而，實現廣播電視微波信號的優質、不間斷傳輸。本文緊緊圍繞網絡技術應用架構，設計了新型的SCADA系統在微波傳輸中的應用。隨著互聯網應用的推進，該系統在廣播電視微波傳輸中將會發揮越來越重要的作用。

參考文獻：

[1] 官金安、傅德榮：“基于Internet/Intranet的學校CBE系統的建設”，電化教育研究，2000（2）

[2] 晏蒲柳.大規模智能網絡管理模型方法[J].計算機應用研究.2005，03.

[3] 周楊，家海，任憲坤，王沛瑜.網絡管理原理與實現技術[M].北京：清華大學出版社.2000.

[4] 李佳石， 冰心著. 網絡管理系統中的自動拓撲算法[J].華中科技大學學報.2002，06.

[5] 王倩：《網絡經濟時代的貨幣理論》，人民出版社，2009年版。

[6] 盧欣渝。科技新詞匯譯名的統一性———漫談因特網詞匯[J].中國科技翻譯。1999.

[7] 董金明 鄧暉《微波技術》機械工業出版社出版時間： 2010年02月