8G数字微波在海岛电视节目传输系统中的应用

蔡才君，蔡沁桉

（1.台州广播电视总台椒江广电中心，浙江 台州 318000；2.台州广播电视传输网络中心，浙江 台州 318000）

0 引言

2008年下半年，浙江省广播电影电视局下达了沿海成建制乡（镇）岛屿广播电视节目微波传输联网工程的建设项目，笔者承担了台州市椒江区大陈岛广播电视节目微波传输联网工程的建设任务。考虑到大陈岛的地理环境和各类通信设备频率使用（军用、民用）的实际现状，该项目没有采用广电系统常用的2.5～2.7 GHz微波频段，而采用了8G数字微波。本文就该工程的技术方案设计和工程实施过程中的一些问题进行探讨，供广电同行参考。

1 工程概况

1.1 大陈概况

素有“东海明珠”之称的大陈岛，由上、下大陈等29个岛礁组成，总面积14.6 km2，常住人口5 000多人。

1.2 大陈的CATV网

大陈岛现有小型CATV前端2个，其中下大陈岛CATV有节目29套，上大陈岛CATV有节目22套。2家有线电视网都是通过卫星接收的方式解决节目信号源，由于大陈岛地理位置离大陆较远，岛上居民无法收看未上星的本地电视节目，信息相对封闭，特别是台风来临时，不能及时了解当地党委、政府有关防台抗台的信息，直接影响到岛上居民的生产和生活安全。

1.3 发射点、接收点地理参数

发射点设在台州枫山电视发射台，其参数为：东经121°26′17″、北纬 28°40′11″，海拔162 m，发射天线架设在电视发射塔高25 m处，离机房距离50 m。

下大陈岛接收天线架设在大陈水厂楼顶，其参数为：东经121°52′36″、北纬28°26′33″，海拔高度约25 m，离机房距离35 m。

上大陈岛接收天线架设在上大陈移动铁塔高25 m处，其参数为：东经121°52′51″、北纬 28°28′41″，海拔高度约40 m，离机房距离220 m。

发射点与接收点间的直接距离为51 km；2个接收点间距离约为4 km。

1.4 系统要求

从台州有线电视网中取出11套省、市（省台1/2/3/4/5/6/7/少儿套、台州台1/2/3套）电视节目，在台州枫山电视发射台通过微波方式，点对点传输到51 km外的上、下大陈岛。该11套电视节目用作这2个海岛有线网的节目信号源，混入当地现有的有线网中，使岛上有线电视用户能收看到这11套本地电视节目。

2 椒江至大陈岛广播电视节目联网系统微波传输技术方案

2.1 系统结构

本系统包括信源系统、节目/码流的取用、节目/码流的编码和调制、点对点数字微波传输、微波信号的接收、调制和混合等部分。

2.2 节目/码流的取用方案设计

从台州有线电视机房通过专用光缆把有线数字电视信号送到台州枫山电视发射台机房，用11台工程型DVB-C数字电视解调器解出视、音频信号，作为本系统的节目信号源。而2个海岛的接收端各用11台普通的DVB-S接收机解出节目的A/V信号，然后通过调制混入现有的有线网中。

2.3 节目/码流的编码调制方案设计

DVB-C数字电视解调器解出的11套电视节目的A/V信号通过2台八合一编码器进行编码，经复用后通过QPSK调制器调制成射频信号，送到8G微波发射机发射。

2.4 8G点对点数字微波系统传输链路设计

设计中需要考虑的因素有：

式中：k为玻尔兹曼常数，k=1.38×10-23W/（Hz·K）；Br为接收机带宽，Br=5.75×106Hz；T为综合温度系数，取T=293 K。可得到Pn=-136.3 dBW=-106.3 dBm。

2）最小接收功率Pr。

工程采用的DVB-S卫星专用接收解码器具有较低的接收门限电平和极强的纠错能力，要求接收门限载噪比为C/N=18 dB（理想值），但考虑到无线信号的干扰等因素，取C/N=22 dB。Pr计算公式为

式中：C/N为载噪比，发射端按C/N=22 dB进行设计；NF为下变频器噪声系数，取NF=2.4 dB。可得到Pr=-82 dBm。

3）自由空间传输衰减Ld公式为

式中：D为传输距离，覆盖距离为51 km；f为工作频率，采用8 GHz。可得到Ld=144.6 dB。

4）发射天线采用1.8 m板状抛物面天线，发射天线增益Gt公式为

实际使用中天线增益达不到理论值，Gt取35 dBm。

5）接收天线采用1.8 m板状抛物面天线，接收天线增益Gr公式为

6）馈线（考虑距离较长）、接收头及其他损耗Lf=10 dB。

7）考虑海平面上传输条件恶劣，设系统储备裕量Δf=8 dB。

8）发射机功率Pt公式为

根据以上理论计算，所需8G数字微波发射机的平均发射功率较小，考虑地面修正系数和整个系统的可靠性与稳定性，以及海洋传输损耗比地面大、气候复杂多样等不利因素的影响，系统采用5 W 8G数字微波发射机。

9）发射视距D（收、发天线之间无阻挡的最大传输距离为视距）公式为

式中：a为地球半径，a=6.370×106m；Ht为发射天线海拔高度；Hr为接收天线海拔高度。

考虑到大气的不均匀性对电波传播轨迹的影响，

1）接收机噪波功率Pn公式为加入修正系数Ka=4/3，Ht取180 m，Hr取25 m，有

由式(8)和式(9)可知，一个量子位数量为m的量子个体可以表示2m个状态，因此小种群的量子个体就可表示传统方法下的大数量个体。量子门的操作使得量子进化能够拥有很强的全局搜索能力，随着概率幅的收敛，搜索的结果也会自动变为局部搜索。

考虑到菲涅尔区对有效服务半径的影响，视距会略有降低。但本系统的实际距离只有51 km，应该在视距范围内。

2.5 点对点微波传输方案设计

本方案采取2发2收的方式，点对点传输前端电视节目信号；发射频率为7 747.7 MHz；发射天线选用高强度、抗风力强的板状抛物面天线。

2.6 点对点微波接收方案设计

接收天线选用高强度，抗风力强的板状抛物面天线。

采用DVB-S卫星接收机接收前端节目源。经接收天线、馈源、下变频器后，将信号下变为DVB-S卫星接收机能够接收的频段950～2 150 MHz。

接收下来的节目由DVB-S卫星接收机解出A/V信号后，送入模拟调制器，最后与原有模拟节目相混合后下传至各个用户端。

2.7 系统原理图

系统原理如图1和图2所示。

图1 前端发射系统原理图

图2 接收端原理图（上、下大陈岛同理）

3 系统设计和设备招标时应考虑的因素

系统设计和设备招标时需要考虑的几点因素有：

1）在海面上用微波传送数字电视信号，因海水反射大，易造成多径干扰，为提高传输可靠性，应选择抗干扰能力强的调制方案，比如DVB-T，DMB-T/H，DVB-S等体系的调制方案。本系统对带宽要求不高，从性价比角度考虑，优先选择DVB-S的QPSK调制方案。

2）本系统存在传输距离较远（51 km已是视距传播的临界点）、使用频率较高、海洋传输损耗大、多径干扰严重、气候复杂多样等不利因素，设计时应充分考虑其裕量。

3）海岛气候潮湿，空气含盐分高，设备必须经过严格的防腐处理，以延长其使用寿命。

4）沿海岛屿台风灾害频繁，最大风速可达60 m/s，室外所有设备必须具备较强的抗风防水能力，以提高系统的可靠性及减少日后的维护成本。

5）沿海岛屿军事设施较多，防止系统相互干扰是必须考虑的因素。

6）沿海岛屿众多，发射点和接收点的选址务必慎重，以避开有阻挡电波传输的自然环境。

7）相近岛屿接收点间，自有节目信号的同频干扰也是值得关注的，以防止在同频多发时产生干扰。

8）本系统设计为可传送16套电视节目，以适应今后广播电视事业发展的需要。

4 主要设备性能及参数简介

4.1 编码器

系统采用8路超级编码器，该编码器在1U的机箱内集成了8路编码、TS复用，能够实时超低码率MPEG-2的标清编码。其主要参数如下：1）码率为5～126 Mbit/s；2）输出电平峰峰值为800 mV；3）格式为MPEG-2 4∶2∶0；4）水平分辨力为720，704，640，544，528，480，352；5）垂直分辨力为576或480。

4.2 调制器

系统采用符合DVB-S信道编码和调制标准的QPSK调制器，对信号调制后直接输出L波段频率。主要参数有：有效输入数据的比特范围为0～62 Mbit/s；输出数据的符号率范围为0.1～45 Mbit/s（FEC≤3/4）；输出信号的带宽（BW）范围≤56 dB；输出电平可控为-60～-8 dBm。

4.3 微波发射机

系统采用具有相位噪声较低的上变频器、大功率GaAaFET线性放大管、高精度功率检测等技术的X波段微波发射机。其主要技术参数有：图像载波频率为7.7～7.9 GHz；载波频率稳定度为±500 Hz/月；频率特性≤±1 dB；载噪比≥55 dB；复合三次差拍＜-60 dBc；谐波抑制≤-70 dBc；噪波抑制≤-65 dBc；相位噪声≤-85 dBc/Hz；输入反射损耗≥15 dB；输出反射损耗≥18 dB。

5 微波天线的调整步骤及方法

8G微波由于其频率较高，系统所发射的电波波瓣较窄，如何使接收天线与发射天线对上是系统安装调试的难点。在调试时走了不少弯路，化费了4，5天时间逐步摸索才找到其基准点。总结其调整步骤及方法有以下几点：1）用卫星定位仪测出发射点和接收点的经纬度；2）用船用罗盘分别找出发射点或接收点的大致方位，并在地面上画出其方位的延长线（或放置参照物）；3）调整发射天线，沿其地面所画的方位延长线（或对照参照物），使其初步对准接收点，并适当调整发射天线的仰角，开机发射；4）调整接收天线，沿其地面所画的方位延长线（或对照参照物），使其初步对准发射点，并适当调整接收天线的仰角（在本工程调试过程中，发现发射和接收天线的仰角均是水平略为向下的）；5）在接收端下变频器出口接上具有相应频率测试范围并能显示场强波形的场强仪（如德国宝马PRE系列场强仪），细调天线的仰角和左右角度，找出本系统发射机所发射的微波信号（在实际调试过程中，发现在相近频率上有很多信号，需要仔细辨别，不要放过任何细小的信号）；6）找到信号后，发射端和接收端交叉分别细调天线的仰角和左右角度，使其信号最强并紧固天线。

6 系统数据及效果

工程完工后，对系统的电平进行了测试，数据如下：

1）上大陈岛微波接收下变频器输出电平为80 dBVU，经220 m长-12电缆（由于馈线大长，中间加了一级20 dB的放大）送入机房电平为72 dBVU。

2）下大陈岛微波接收下变频器输出电平为78 dBVU，经35 m长-9电缆送入机房电平为73 dBVU。

2个接收点的信号电平均达到设计要求。11套省、市电视节目信号经分配、解调、调制、混合后送入原有的有线电视网络，从而满足了岛上居民多年来想看到本地电视节目的愿望。主观评价其节目信号的质量，除了彩色信号略感有失落外，基本能够满足用户的收看要求。

7 总结

系统设计和工程施工过程中的经验教训有：

1）用DVB-C数字电视解调器解调有线数字电视信号作系统的信号源并不是理想的方案，只不过是受资金制约的无奈之举，其结果是降低了电视节目的图像质量，当然普通用户收看是没有明显感觉的。

2）前端信源系统的DVB-C数字电视解调器选用有线数字电视的家用机顶盒或国内有些家用机顶盒厂家的所谓工程型机顶盒将影响系统的可靠性（不间断连续工作时，容易死机且故障率很高），必须采购真正意义上的工程型解调器。

3）发射和接收天线的紧固件，必须按照安装点的尺寸一次性加工完成并经防腐处理，否则不但繁琐，而且影响其牢固性和使用寿命。

4）如碰到不定时的其他信号（特别是雷达信号）干扰，可定制相应频率和带宽的滤波器，安装在下变频器出口或机房入口加以滤除，必要时可采取多级滤波。

5）与微波链路相近的其他已经在使用的通信设备情况务必摸清，否则设备安装使用后，将有可能产生相互干扰而造成无法挽回的损失（特别是遇到军用设施）。