广播电视微波数字化设备的技术要点

O 引言
    微波、卫星和光纤是当前广播电视节目的三大传输手段。SDH数字微波接力系统出现后，为了提高频谱效率出现了64QAM、128QAM、512QAM等高状态调制方式，频谱效率提高到1Obit/HZ。SDH系统采用了同步复用和灵活映射结构，可以从高阶支路直接分插低阶支路信号，避免了逐级分复接过程，使设备简化，而且SDH系统安排了大量的开销字节，使网络的操作、管理、维护的配置能力大大加强。
    在数字微波系统中，多径衰落是微波信道中频谱失真的主要原因，因此需要各种各样的对抗多径衰落的措施，在数字微波系统中自适应均衡和空间分集接收成了不可缺少的设备。
    下面就从数字微波收发信机及天馈系统入手，介绍其功能和作用。

1 发射机方框图及功能
    1)调制器。数字调制过程的基本原理是把比特率为R(bits／s)的二进制数字序列变换为适当的中频或射频信号的处理过程，其中包括数字信号处理(如状码、信号编码和微波帧开销插入等)，频谱成型，信号映射和调制过程。在SDH微波系统中，最广泛采用的是将编码和调制合成一起的技术，即编码调制技术。它将冗余的比特插进多状态的一些传输信号的星座中，特别是那些距离最近的符号点，以取得更好的功率／频谱利用率。

    2)中频放大器。它的作用就是将已调制的中频信号进行放大。
    3)本地振荡器：本振产生适当的射频频段内的本地振荡信号，与已调制的中频信号进行混频产生出所要发射的微波信号，对于本振，除了要达到一定的功率电平，以满足必信混频器的需要，还要求频率稳定度高和相位噪声低。因此在SDH微波系统中常采用介质稳定的锁相振荡器或高质量的频率综合器，对于发射混频器，为了抑制本振泄露和杂散产物，一般优先采用平衡混合器。混合器后用边带滤波器选出所需要的边带。
    4)功率放大器。它是用以将发射混频器输出的微弱信号电平(常为一dBm～一50dBm)放大到所需要的电平。常用的射频功率放大器为砷化稼FET器件，由于SDH系统一般采用高状态调制方式，对放大器的线性要求很高，故一般采用预失真来对放大器的残余非线性进行补偿。在正常传播条件期间，还采用自动发信功率控制(ATPC)技术来降低输出功率。经过微波功率放大器放大后的微波射频信号至天线送往下一站。
    5)自动发信功率控制(ATPC)。ATPC是微波接力系统中能得到许多好处的一个实用措施，与固定工作条件下相反，微波发射机工作时输出功率是可变的，最大值为Pmax，最小值或正常值为Pnom。在绝大多数时间内，发射机工作于Pnom，只有当远端接收机检测到不利衰落条件时，即接收信号电平低时才达到Pmax，它是利用反向通道业务信道来控制反馈环配置中的发射机。
    从接收机中频部分的AGC电压得到的误差信号，并将它与适当固定基准电压进行比较，该电压基准与ATPC门限有关。有发射侧，经处理的误差信号控制场效应管(FET)放大器的输出功率电平。由于采用ATPC使得高功率放大器的功耗明显下降，有利于改善FET功放的平均故障时间，消除了接收机上的衰落问题，改善了相邻波道的干扰。中断性能变好，在拥挤的枢纽站，由于降低了标准接收电平，比较易于进行频率协调。
    ATPC方式有突变型和渐变型两种。突变型ATPC系统是接收机的接收电平下降到设定的ATPC启动门限电平时，发射机发信功率立即工作于高电平。而当接收电平重新上升到某一设定的上限电平时，发信机立即工作于低电平。而渐变型ATPC系统是接收电平在两个门限电平之间时，发信机功率电平也逐渐作相应变化。

2 微波收信机
    接收机完成的任务是将天线接收来的微弱的微波信号经分波道滤波器后选出本波道信号，进入低噪音放大器进行射频前置放大，用混频器将从天线通过分路滤波器组件来的射频信号与本振信号进行差频变换为中频信号，用可变增益放大器进行中频放大，以使得在存在衰落变化的情况下，保持输出电平不变。下面着重介绍自动增益控制和解调器以及自适应均衡。

    1)自动增益控制电路。大多数接收机的增益是由中主放来承担，它的可变增益是用来补偿由于传输引起的射频信号衰落。装有自动增益控制电路(AGC)的中频放大器的目的是使送达解调器的信号电平保持不变。放大器的增益变化一般是用许多级来完成的。这些增益可以随着适当的控制电压变化，而控制电压又是放大器输出端的中频信号幅度的函数。实际上由输出信号引出一部分由二极管检波，由AGC滤波器(该滤波器防止有用频谱以外的信号影响放大器总频率响应)，经放大后用作可变增益级的控制电压，这个方法即从输出的反馈通路和中间用于以可变增益补偿输出电平的变化和保持中频输出电平不变。
    2)解调器。载波恢复环是解调器的核心部件，它由压控振荡器(VCO)和鉴相器组成用以产生相干解调所必须的载波。所恢复的载波被分成相位差90°的两正交载波。时钟恢复电路产生时钟脉冲送给A／D转换器，A／D转换器产生8个数据流，再经逆映射，并／串变换，去扰码，恢复出原来的数据流。
    3)自适应均衡。在数字微波系统中，为了补偿由多径衰落产生信号失真和减少中断时间，广泛采用自适应均衡。根据不同的工作频率，可将均衡器分为带通均衡和基带均衡。带通均衡在接收机中频级进行和频域工作，用以控制信道的传递函数，常称为频域均衡器(AFE)，后一种均衡器在时域工作，直接减少由于传递函数不理想而产生的符号间干扰，常称为时域均衡器(ATE)。与．AFE相比，ATE的均衡能力更大，有些SDH微波系统不再使用AFE，只用ATE，而大多数系统中，AFE和ATE联合使用。

3 天馈线系统
    在微波接力系统中，对天线的基本要求是在线效率高，旁瓣电平低，交叉极化鉴别率高，电压驻波比低，工作频带宽。馈线用于将天线与微波收发信机连接起来，现在在4GHz～15GHz频段广泛采用椭圆软波道作为馈线，它便于计馈线的布局和安装，整个馈线系统包括椭圆波导、椭矩变换、密封节、充气波道段。为了保护馈线，馈线中必须充有干燥空气。
    在SDH微波系统中，多径传播引起的频率选择性衰落是影响系统性能最重要的因素。它使接收电平下降，从而使载噪比和载波干扰比下降。同时由于频谱失真造成脉冲波形失真，而产生码间干扰造成所恢复的载波相位误差和定时的相位抖动。
    分集接收是对抗多径衰落，提高数字微波传输质量的重要手段之一，所谓分集技术就是为了对抗多径衰落的影响，将多个特性不同的收信信号合成或切换，得到良好信号的技术称为分集技术，考虑到使用不同的天线，频率极化，到达角、路由、地址和时间，分别称为空间分集、极化分集、角度分集、路由分集、站址分集和时间分集。
    1)频率分集。它是使用两个或多个不同频率发射同一信息，在接收端选出传输质量比较好的信号，它利用了不同频率上出现衰落的不相关性，也就是在两上频率上同时发生瞬断的概率较低的特性。频率分集以数字微波系统的改善比模拟系统要大的多。
    2)空间分集：它通常用两个或更多个垂直间隔某个距离的接收天线来实现的，天线之间的距离应足够大，以便提供各信号中由多径衰落引起的各种操作有足够的不相关性。由图3可见，接收到的天线电波是通过不同的路径进行传输的，它们不可能同时受到衰落的影响，所以空间分集对接收功率降低和信号失真都有相当大的改善。

    近年来，随着微波通信技术的发展，高性能高速多状态调制解调技术、自适应交叉极化干扰抵消（XPIC）技术、前向纠错技术、专用大规模集成电路（ASIC）设计仿真技术都应用到SDH数字微波通信中，大大提高了微波通信的容量和可靠性。