浅论广播电视中的数字微波传输技术

浅论广播电视中的数字微波传输技术

摘要:随着国内数字电视频道的陆续开播,数字电视正以崭新的面貌进入千家万户,为人们带来了高品质的视听享受,也极大地丰富了人们的日常生活。但由于数字电视传输系统的建设主要面向城市,未能迅速触及农村及偏远地区,探究一种经济的、适合于快速建设的数字电视传输系统成为当务之急。

关键词:数字电视微波传输传输系统

1 广播电视数字化传输的优点

1.1 信号杂波比和连续处理的次数无关

电视信号经过数字化后是用若干位二进制的两个电平来表示,因而在连续处理过程中或在传输过程中引入杂波后,其杂波幅度只要不超过某一额定电平,通过数字信号再生,都可能把它清除掉,即使某一杂波电平超过额定值,造成误码,也可以利用纠错编、解码技术把它们纠正过来。所以,在数字信号传输过程中,不会降低信杂比。而模拟信号在处理和传输中,每次都可能引入新的杂波,为了保证最终输出有足够的信杂比,就必须对各种处理设备提出较高信杂比的要求。模拟信号要求S/N＞40dB,而数字信号只要求S/N＞20dB。模拟信号在传输过程中噪声逐步积累,而数字信号在传输过程中,基本上不产生新的噪声,也即信杂比基本不变。

1.2 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。

1.3 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≥36.6dB。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必须C/N≥49dB。

1.4 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。

1.5 易于实现信号的存储,而且存储时间与信号的特性无关

近年来,大规模集成电路(半导体存储器)的发展,可以存储多帧的

电视信号,从而完成用模拟技术不可能达到的处理功能。例如,帧存储器可用来实现帧同步和制式转换等处理,获得各种新的电视图像特技效果。

1.6 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。经过比较,得出这样的结论: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,在省干线上,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。

2 干线微波的数字改造

2.1 调频模拟微波和数字微波收发信设备的比较

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。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。

2.2 需要解决的几个问题

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采用中频数字调制,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。

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-70dBc/Hz。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。

以上分析证明,模拟微波设备进行数字化改造不仅在理论上是可行的,在实践上也是可行的。如辽宁省葫芦岛市广电局等单位在国内

率先进行了模拟微波改数字微波的尝试,开了一个好头。20世纪90年代以后生产的1、4GHz、2GHz、7GHz、8GHz广播电视微波设备,改造起来是不难的,基本上和进口NEC的设备差不多。90年代以前生产的1、4GHz微波设备由于不是线性放大器,改造难度要大一些。4某省广播电视模拟微波改数字微波的一个具体方案先对一个模拟微波信道进行改造。原来传输1路电视信号、2路伴音信号,扩容到4路电视信号、8路伴音信号、1路数据信号。

信号源前端采用压缩编码设备。目前国际上都采用MPEG-2国际标准来传输PAL-D数字电视信号,电视信号压缩到6Mbit/s,图像质量就能达到广播级的水平。因此确定信源按MPEG-2标准对PAL-D电视信号进行数字压缩编码,压缩的比特率为8、448Mbit/s,伴音信号按IEC268-15标准进行压缩编码处理。

在信道传输上采用数字化传输。为了保证信号经微波多站中继传输后无噪声积累、节目传输质量和传输距离无关,中频采用QPSK调制、同步相干解调方式,干线中继采用再生中继方式,在支线改造中为了节省投资,可采用中频中继,这样,虽然有点噪声积累,但不会对整个系统造成大的影响。

改造方案可以使扩容升级很方便,可以随压缩编解码码率的改变扩大节目传输容量。

3 结语