廣播電視工程技術中微波信號保護分析

羅冬陽

（中共嵩明縣委宣傳部，云南 昆明 651700）

0 引言

微波信號是指頻率在300MHz～300GHz 的電磁波，本質上屬于無線電波中有限頻帶，具有波粒二象性，其基本性質大多表現為穿透、反射、吸收。若想實現微波信號的遠距離傳輸，需要滿足特定信號通道要求，但隨著我國社會經濟的不斷發展，城市中出現大量高層建筑，容易對微波信號的正常傳輸產生不利影響。為解決此類問題，需要打造切實可行的微波信號保護方案，提高廣播電視工程技術中的信號保護效果。

1 影響微波信號傳輸的因素

現階段我國廣播電視工程技術中的微波信號對傳輸條件要求極高，若想保證微波信號的安全傳輸，更需要打造穩定、可靠的傳輸通道空間，確保信號在傳輸過程中不會出現任何阻礙物遮擋，使微波信號保持極強的視通能力。但根據實際調查顯示，由于城市的高層建筑較多，嚴重影響了微波信號的正常傳輸，以某地方城市居民小區為例，該小區A、B 兩單元樓的19 層用戶發現，隨著電視塔方向的30 層大廈逐步建起，居民們接收信號的質量逐漸下降，這是由于該城市接收的電視節目頻率以微波波段為主，傳播特性類似于尖波，即電磁波在空中沿直線傳播。當大樓建成后，會對電磁波產生一定的吸收與反射作用，破壞了以往的傳播條件，最終造成傳輸信號質量不佳，影響居民的接收效果。由此可見，制定微波信號保護措施已勢在必行[1]。

2 廣播電視工程技術

以往我國的廣播電視經常會出現運行環境不佳，安全防范措施未有效落實的問題，為了解決此類問題，便于后續微波信號保護措施的實現，亟須推動廣播電視工程的改革與創新，解決以往技術中存在的缺陷。比如，廣播電視工程中對信號的干擾方式以電磁場輻射、電容性耦合為主，若想保證信號穩定，可采用接地技術，將系統與大地相連，延長設備使用壽命。要求技術人員充分結合信息化管理手段，利用數字地線、模擬地線，通過確定信號接地母線，使其他線路圍繞母線完成安裝，保證線路具有一定規律性，以便日常監測與管理；抗干擾技術，如衛星傳播，該方法能夠將信號傳遞至衛星，再由衛星傳遞給用戶，不僅能保證傳輸距離進一步提升，覆蓋編輯進一步擴大，也能有效確保信號傳遞的安全性。

3 廣播電視工程技術中微波信號的保護措施

3.1 延伸菲涅爾區域

通常來說，微波信號在傳輸時需要滿足特定微波傳輸空間參數，此類參數可以理解為微波信號傳輸過程中，軸線距離與通道遇到的障礙物長度，當微波信號傳輸時，如果遇到的建筑物較多，必然會造成傳輸參數的大幅變動，影響信號傳輸空間的穩定性。同時，高山等相對復雜險峻的地形，同樣會阻礙信號的安全傳輸。因此，在制定微波信號的保護對策時，需要以實現信號遠距離穩定傳輸為首要目標，進一步探究信號傳輸的影響因素。本文引入菲涅爾區域概念，菲涅爾區域可以理解為是在收發天線之間，由電波直線路徑與折線路徑的行程差為Nλ/2 的折點形成的，以收發天線位置為焦點，以直線路徑為軸的橢球面，將其運用在微波信號保護中，可以將其定義為無線信號借助信號發射設備完成傳輸的最大覆蓋面積。在廣播電視工程當中，微波信號在發射之后，信號會以扇形傳播的方式迅速形成橢圓形覆蓋區域，若信號傳輸時，菲涅爾區域中存在高層建筑或是復雜地形，便會造成區域內的信號傳輸效果衰減，導致信號能量值降低。為解決此類問題，需要合理調控菲涅爾區域，保證區域內無阻礙物，并通過拓寬菲涅爾區域面積的方式，來實現信號的遠距離傳輸。在實際操作過程中，要預先確定菲涅爾區域直徑，即信號發射端與接收端的間隔距離，該數值會隨著設備位置的調整而不斷變化。而在確定了菲涅爾區域直徑后，還要消除影響信號傳輸的阻礙物，在高層建筑或是復雜山體上設置信號接收裝置，這樣便可保證菲涅爾區域內的信號能夠實現連續化分布，具體的布置方式如圖1 所示。

圖1 菲涅爾區域布置

3.2 利用同步數字體系，建立多元傳輸結構

同步數字體系簡稱SDH，是指為差異性速率數字信號傳輸的穩定傳輸，提供與之對應等級的信息結構，由復用方法、同步方法所組成的技術體制。其主要優勢在于SDH 傳輸系統具有統一的幀結構數字傳輸標準速率以及光路接口，能夠使網管系統互通，具有極強的兼容性，可以接納各類新的業務信號，提高網絡可靠性。并且SDH 在幀結構凈負荷區內排列，具有一定規律，能夠保證凈負荷與網絡同步，借助軟件將高速信號直接分插出低速支路信號，實現一次復用特性，可以減少背靠背接口復用裝置，改善網絡業務傳送透明性。同時，SDH 不屬于某種傳輸介質，有利于與光纖電纜混合網的兼容。因此利用SDH 打造多元傳輸結構（圖2），可以進一步保證微波信號的順暢傳播，比如廣播電視機構可通過設置同步數字板卡，打造多元傳輸模式，與單路由體系內的網絡信號形成環狀網絡架構。該模式下的路由系統具有極強的自動保護能力，能夠利用自主授權來完成傳輸通路的動態管理。在實際應用過程中，需要充分結合光纖光纜、LC 適配器、網絡機柜等裝置，在完成設備的參數調整以及全面鋪設后，便可完成信號發射裝置與網絡裝置的互聯互通，保證多元網絡的統一管理。利用同步數字體系完成微波信號的同速率傳播。通過設備互聯模式，保證數據信息的高度共享，使各類型的微波信號能夠在不同通路中完成傳輸，有效解決以往信號傳輸中，容易受障礙物干擾的問題[2]。

圖2 基于SDH 的多元傳輸結構

3.3 全面收集微波信號

通常來說，廣播電視工程技術中微波信號的傳輸會受建筑物的影響，導致信號能量在傳輸過程中不斷削弱，進一步壓縮信號傳輸范圍，最終使用戶無法接收到微波信號。為了保證微波信號可以免受建筑物的干擾，可以在信號傳輸系統中添加信號傳輸均衡器（圖3），該裝置是一種可以分別調節不同頻率成分電信號的電子裝備，能夠利用對不同頻率電信號的調節來實現揚聲器與聲場的缺陷補償。將其運用在信號傳輸系統中可以實現高、中、低3 段頻率信號的分別調節，最大程度降低碼間干擾程度。

圖3 信號傳輸均衡器

同時，還可采用在信號接收端安裝微波信號收集器的方式，將散化的信號完整接收，并實現微波信號的整合，實現全面加工，強化信號的接收效果。收集器是指用于接收目標物發射的電磁輻射能元件，能夠將電磁輻射能聚焦后傳送到探測系統當中，以此實現能量轉換，并記錄相應信息。在實際應用過程中，信號收集器主要負責垂直方向的微波信號接收，因此需要設置成交叉極化的運行模式。同時為了避免兩個極化方向上產生的干擾，還要在設置過程中適當提高天線極化隔離度，或用一路信號，利用交叉極化干擾消除器實現數字信號的處理，將其轉變為干凈的垂直路信號，再完成解調操作。

此外，由于微波信號傳輸本身屬于一個一體化傳輸結構，因此一旦某信號傳遞出現異常，必將牽連整個信號傳輸結構，發生嚴重的信號弱化反應。為此，需要在信號收集過程中，采用環狀信號傳輸體系，構建信號網絡結構，保證即便單一傳輸節點出現異常，也不會對整個傳輸體系產生影響[3]。

在完成信號全面收集后，還要做好信號的動態監測，對接收到的微波信號進行深入剖析，判斷信號傳輸速率是否滿足相關標準，傳輸通道空間是否穩定，傳輸過程是否出現失真問題。之后制定完成的結構框架，提高信號傳輸通道的安全防護水平，使其與城市規劃建設有機結合，最大程度避免建筑物對信號的阻擋。

4 微波信號保護方案的有效性評估

上述提出的微波信號保護方案適用于廣播電視工程，通過拓展菲涅爾區域、打造SDH 體系、建立多元傳輸結構、全面收集信號等方法，確保微波信號的穩定傳輸。若想確保前文提到的信號保護方案得到有效推廣，還要進一步驗證信號保護方案的有效性，為此，筆者將與以往采用的信道保護技術進行分析比對，進一步探究兩種保護方法的流通性。

（1）要將傳統的信道保護技術作為對照組，將本文提出的信號保護方案作為實驗組，實驗內容以測試不同保護方案下，信號的實際比特率為主。比特率是指單位時間內傳送的比特數，其主要作用在于描述單位時間內數據的傳送多少，能夠準確衡量信息的傳送速度，結合圖像存儲時占用的比特數與傳輸比特率，便可計算出圖像信息的真實傳輸速度。同時在實驗過程中還要準備好PCM（中心粒周物質）信道測試儀，通過在該設備上接入不同的微波信號傳輸電路，實現比特率大小的測量與記錄。若比特率數值較大，則證明微波信號傳輸速率較快，信道更加順暢。此外，為了保證比特率的數值測試準確，降低數據誤差，需要制定比特率的控制方案，比如，將編碼器輸出的比特流輸入至緩沖器，以此將緩沖器數據以恒定速率取出，若緩沖器足夠大，則圖像引起的比特率變化便可被平滑掉。但要注意，實際上緩沖器本身大小有限，緩沖過程也容易引發系統時延，而此類時延與緩沖器大小成正比，因此緩沖器體積應盡可能小。為了解決此類矛盾沖突，可將輸出的比特率的某種度量反饋至編碼器，以此實現編碼過程的控制，最終達到調整輸出比特率的目的[4]。

（2）要獲取兩種保護方案下，微波信號的真實PRBS 值（偽隨機二進制序列）。在實驗過程中需要利用PRBS 測試，結合相關技術獲取偽隨機碼，之后根據PRBS 碼流的異常比特數，計算出信道誤碼率，用以表示信號的連通水平。通常來說，PRBS 檢測形式可分為圖案檢測與公式計算法。其中圖案檢測是利用接收端的PRBS 生成器將接收到的數字序列與本地產生器輸出的碼型進行比較，以此獲取誤碼結果。而公式計算法則是依照一定公式生成PRBS，在接收端只要驗證接收到的數字序列是否符合公式，便可判斷是否存在誤碼。雖然該方法的同步速度較快，也容易實現，能夠大量節省資源。但如果序列內存在比特誤碼，必然會影響隨后序列的判斷，因此本文將采用圖案檢測作為PRBS 的測試方法。

若PRBS 數值偏高，則證明信號連通效果極佳，誤碼率極低。在PRBS 檢測時，需要預先設定好時間狀態中的信號口，之后根據信道測試儀與PRBS 發射裝置對微波信號輸入、輸出的強度比對，便可確定本文提出的信號保護方案是否有效，具體數據表現為：實驗組，單板類型為1-PD1，比特率在2068kbit/s，PRBS 測試值為45×10-6；對照組，單板類型為1-PD1，比特率在1054kbit/s，PRBS 測試值為38×10-6。

根據上述數據可知，本文提出的信號傳輸保護方案的比特率為2068kbit/s，而傳統微波信號保護方案的比特率為1054kbit/s，證明筆者提出的信道保護方案中，信號的傳輸速率更高，且信道更加順暢。同時，新信號保護方案的PRBS 測試值達到45×10-6，相較于以往采用的信號保護方案的PRBS 測試值，高出約7×10-6，證明新信號保護方案能夠保證良好的信號連通性，可以大幅度降低誤碼率[5]。

5 結語

綜上所述，通過對微波信號傳輸阻礙因素開展分析討論，闡述廣播電視工程技術中微波信號的保護措施，并對微波信號保護方案提出有效性評估。根據實驗結果顯示，筆者提出的微波信號保護方案，能夠保證信號傳輸速率的最大化，提高信號傳輸通道的穩定性與安全性，可以起到降低誤碼率，增強信號連通性的作用。