试论模拟微波设备数字化改造的可行性

(内蒙古广播电影电视局 706台，内蒙古 呼和浩特 010020)
摘 要：文章介绍了广播电视数字化传输的优点，并通过 数字载波调制方式的比较和干线微波的数字改造分析，指出了模拟微波设备进行数字化改 造时应注意的问题。
关键词：广播电视；模拟微波设备；数字化
中图分类号：TN925  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2009)24—0104—01

广播电视数字化对改善图像清晰度、图像传输质量、增加节目套数起着非常重要的作用。关 键是它能够很方便地构筑视频、音频、图像、文字、数据为一体的综合网络平台，达到多媒 体综合信息服务的目的，为有线电视的发展提供了无限广阔的前景。本文就广播电视数字化 传输特点比较和针对模拟设备数字化改造等方面论述如下：
1 广播电视数字化传输的优点
1.1 频道利用率高

数字压缩技术是将模拟信号经过抽样、量化，变成数字信号(即模拟/数字转换)，再经取样 压缩编码，驱除信号冗余度，以一定的压缩比将信号频带压窄，将其调制到载波上，这样就 提高了频谱的利用率。接收则以相反的过程进行：接收、解调、解码、数字/模拟转换，视 频处理后还原成视频信号。广播电视系统一般采用MPEG-2标准，它可以将速率为200Mbit/s 的数字视频信号压缩到15～15Mbit/s。在这种标准下，如果对压缩信号采用64QAM调制方式 ，则CATV在每个8MHz带宽的模拟电视频道内能传送的码率为37Mbit/s，扣除FEC等因素占用 的码率，净速率＞32Mbit/s。如果每个频道平均速率为4～2Mbit/s，则一个8MHz模拟电视频 道就可同时传输8～16套电视节目，10个模拟频道就能传输80～160套电视节目。如果每个电 视频道平均速率为8Mbit/s，则干线上一个模拟频道就至少可以同时传输4套高质量的节目。 由此可知，广播电视数字化后可以成倍甚至成十倍地增加频道的利用率。
1.2 接收门限电平低、传输距离远

原广电部GY/T106-1999标准中提出了有线电视广播系统技术规范，下行模拟传输系统要求载 噪比C/N≥43dB。欧广联(EBU)给出了图像信号的5级评分标准，若要达到4级以上的良好质量 ，则要求信噪比S/N≥366dB。在模拟信号的传输中，为防止信号的衰落，必须有6dB的衰落 储备量，因此模拟调幅微波传输链路中系统设计的载噪比C/N必须≥49dB。在模拟调频微波 传输链 路中，由于S/N存在18dB调频改善系数，所以C/N≥31dB就足够了。

同样的模拟链路，如果采用数字压缩编码方式，中频调制器采用64QAM正交幅度调制，在留 有6dB储备量之后，只需C/N≥28dB就能得到DVD的图像质量。若采用QPSK相移键控调制，则 只需C/N≥18dB就可以得到高质量的图像质量。模拟调幅(AM)微波与64QAM调制数字微波相比 ，门限下降了约20dB；模拟调频(FM)微波与QPSK调制数字微波相比，也相差约10dB。从上述 分析不难得出数字微波比模拟微波传输距离远的结论。如果原设计模拟MMDS微波传输距离为 40km，在同样的有效发射功率、同样的天馈、同样的路由前提下，采用数字MMDS微波传输后 ，就能轻易地覆盖100km以上的距离。这样的覆盖范围对一个旗县来说已足够。
1.3 图像质量好，抗干扰能力强

由于采用了数字滤波、数字存储及再生中继技术，排除了噪声和失真积累的影响，改善了图 像的信噪比，彻底消除了亮度干扰，接收机的载噪比C/N在门限值以上时，几乎可以得到无 损伤的还原，虽经多级中继、转发也不会降低图像质量，因此数字电视传输的图像质量远远 高于模拟电视传输的图像质量。
2 数字载波调制方式的比较

前面提到的QPSK和64QAM都是数字信号的载波调制方式。基本的数字载波调制方式有3种，即 振幅键控(ASK)、频率键控(FSK)和相位键控(PSK)。QPSK属于相移键控，也叫正交移相键控 或4相调制。64QAM属于振幅相位联合键控，也叫多电平正交振幅调制 。经理论分析证明： 在抗噪声性能上，PSK最好，FSK次之，ASK最差。在占据频谱宽度上，ASK和PSK相同，FSK是  ASK的几倍。经比较得出结论：从抗噪声性能和提高信道带宽利用率的角度来看，相移键控 是数字载波调制方式中最优越的一种，在自治区干线上，多跳调频模拟微波的改造用QPSK移 相键控调制方式最合适。64QAM是振幅相位联合键控，频带利用率最高，是一种高效率的数 字微波方式，但它的抗干扰能力比QPSK差。64QAM特别适用于数字MMDS及微波传输跳数不多 的模拟微波改造上。
3 干线微波的数字改造分析
3.1 调频模拟微波和数字微波收发信设备的比较

①工作原理相同。模拟和数字微波都采用70MHz中频调制器，进行上变频至微波频 率，再 进行微波传输，只是模拟微波设备在发信中频调制后有一级限幅中放，而数字微波没有限幅 中放这一级，其他部分的工作原理是一样的。②传输带宽相同。现有模拟微波传输一套电视节目占有的带宽为±17MHz，而小容量 数字 微波传输34Mbit/s速率的信号，当中频采用QPSK调制和同步相干 解调方式时，它所要求的 微波通道传输带宽实际上也是±17MHz，因此两者的传输带宽要求是相同 的。③模拟微波系统通道的部分传输性能指标，如幅频群时延指标等均高于数字微波传 输系统通道性能要求，这无疑地减轻了模拟微波改数字微波的压力。④现在的模拟微波器件都是全固态化的，FET场效应器件、线性放大器等代替了过去 的行波管、高压盘，为模拟微波改数字微波铺平了道路。
3.2 需要解决的几个问题

①频率稳定度的问题。模拟微波传输信号采用中频调频调制，变频用的本振采用微 波介质 稳频振荡器，其频率稳定度只能达到10－4数量级。数字微波传输系统传输电视信号用中频 数字调制，经过数字压缩后的多套电视数字信号复接后对中频进行QPSK调制，上变频到微波 频率进行传输。它要求微波发信机线性指标高，微波本振源的频率稳定度较高，不能低于10 －6数量级，一般采用介质稳频加锁相稳频双重技术进行稳频，以达到这一要求。②相位噪 声问题。模拟微波采用调频方式传输，对系统相位噪声要求不高，而数字微波采 用QPSK调制和相干解调方式，传输数字压缩电视信号，因此要求系统的相位噪声低于－70dB c/Hz。在模拟微波系统中，即使各站本振源分别达到了这个要求，但由于各微波站中频转接 ，并且经过多次中继后相位噪声叠加，只有将传输设备的相位噪声降低到－95dBc/Hz以下， 整个系统才能满足这一要求。③线性功放问题。调频模拟微波的功放工作在非线性区，在早 期发射机变频器的前端还要增加一个限幅放大器。数字调相(QPSK)微波要求三阶交调抑制＞ 20dB，因此要求功放必须是线性放大器。微波功放的线性度问题、微波频率稳定度问题及系 统的相位噪声问题一解决，数字化改造就基本成功了。
4 结论

综上所述，分析证明模拟微波设备进行数字化改造不仅在理论上是可行的，而且在实践上应 当是可行的。

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