蔡才君，蔡沁桉

（1.臺州廣播電視總臺椒江廣電中心，浙江 臺州 318000；2.臺州廣播電視傳輸網(wǎng)絡中心，浙江 臺州 318000）

0 引言

2008年下半年，浙江省廣播電影電視局下達了沿海成建制鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）島嶼廣播電視節(jié)目微波傳輸聯(lián)網(wǎng)工程的建設項目，筆者承擔了臺州市椒江區(qū)大陳島廣播電視節(jié)目微波傳輸聯(lián)網(wǎng)工程的建設任務。考慮到大陳島的地理環(huán)境和各類通信設備頻率使用（軍用、民用）的實際現(xiàn)狀，該項目沒有采用廣電系統(tǒng)常用的2.5～2.7 GHz微波頻段，而采用了8G數(shù)字微波。本文就該工程的技術方案設計和工程實施過程中的一些問題進行探討，供廣電同行參考。

1 工程概況

1.1 大陳概況

素有“東海明珠”之稱的大陳島，由上、下大陳等29個島礁組成，總面積14.6 km2，常住人口5 000多人。

1.2 大陳的CATV網(wǎng)

大陳島現(xiàn)有小型CATV前端2個，其中下大陳島CATV有節(jié)目29套，上大陳島CATV有節(jié)目22套。2家有線電視網(wǎng)都是通過衛(wèi)星接收的方式解決節(jié)目信號源，由于大陳島地理位置離大陸較遠，島上居民無法收看未上星的本地電視節(jié)目，信息相對封閉，特別是臺風來臨時，不能及時了解當?shù)攸h委、政府有關防臺抗臺的信息，直接影響到島上居民的生產和生活安全。

1.3 發(fā)射點、接收點地理參數(shù)

發(fā)射點設在臺州楓山電視發(fā)射臺，其參數(shù)為：東經121°26′17″、北緯 28°40′11″，海拔162 m，發(fā)射天線架設在電視發(fā)射塔高25 m處，離機房距離50 m。

下大陳島接收天線架設在大陳水廠樓頂，其參數(shù)為：東經121°52′36″、北緯28°26′33″，海拔高度約25 m，離機房距離35 m。

上大陳島接收天線架設在上大陳移動鐵塔高25 m處，其參數(shù)為：東經121°52′51″、北緯 28°28′41″，海拔高度約40 m，離機房距離220 m。

發(fā)射點與接收點間的直接距離為51 km；2個接收點間距離約為4 km。

1.4 系統(tǒng)要求

從臺州有線電視網(wǎng)中取出11套省、市（省臺1/2/3/4/5/6/7/少兒套、臺州臺1/2/3套）電視節(jié)目，在臺州楓山電視發(fā)射臺通過微波方式，點對點傳輸?shù)?1 km外的上、下大陳島。該11套電視節(jié)目用作這2個海島有線網(wǎng)的節(jié)目信號源，混入當?shù)噩F(xiàn)有的有線網(wǎng)中，使島上有線電視用戶能收看到這11套本地電視節(jié)目。

2 椒江至大陳島廣播電視節(jié)目聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)微波傳輸技術方案

2.1 系統(tǒng)結構

本系統(tǒng)包括信源系統(tǒng)、節(jié)目/碼流的取用、節(jié)目/碼流的編碼和調制、點對點數(shù)字微波傳輸、微波信號的接收、調制和混合等部分。

2.2 節(jié)目/碼流的取用方案設計

從臺州有線電視機房通過專用光纜把有線數(shù)字電視信號送到臺州楓山電視發(fā)射臺機房，用11臺工程型DVB-C數(shù)字電視解調器解出視、音頻信號，作為本系統(tǒng)的節(jié)目信號源。而2個海島的接收端各用11臺普通的DVB-S接收機解出節(jié)目的A/V信號，然后通過調制混入現(xiàn)有的有線網(wǎng)中。

2.3 節(jié)目/碼流的編碼調制方案設計

DVB-C數(shù)字電視解調器解出的11套電視節(jié)目的A/V信號通過2臺八合一編碼器進行編碼，經復用后通過QPSK調制器調制成射頻信號，送到8G微波發(fā)射機發(fā)射。

2.4 8G點對點數(shù)字微波系統(tǒng)傳輸鏈路設計

設計中需要考慮的因素有：

式中：k為玻爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23W/（Hz·K）；Br為接收機帶寬，Br=5.75×106Hz；T為綜合溫度系數(shù)，取T=293 K?？傻玫絇n=-136.3 dBW=-106.3 dBm。

2）最小接收功率Pr。

工程采用的DVB-S衛(wèi)星專用接收解碼器具有較低的接收門限電平和極強的糾錯能力，要求接收門限載噪比為C/N=18 dB（理想值），但考慮到無線信號的干擾等因素，取C/N=22 dB。Pr計算公式為

式中：C/N為載噪比，發(fā)射端按C/N=22 dB進行設計；NF為下變頻器噪聲系數(shù)，取NF=2.4 dB?？傻玫絇r=-82 dBm。

3）自由空間傳輸衰減Ld公式為

式中：D為傳輸距離，覆蓋距離為51 km；f為工作頻率，采用8 GHz。可得到Ld=144.6 dB。

4）發(fā)射天線采用1.8 m板狀拋物面天線，發(fā)射天線增益Gt公式為

實際使用中天線增益達不到理論值，Gt取35 dBm。

5）接收天線采用1.8 m板狀拋物面天線，接收天線增益Gr公式為

6）饋線（考慮距離較長）、接收頭及其他損耗Lf=10 dB。

7）考慮海平面上傳輸條件惡劣，設系統(tǒng)儲備裕量Δf=8 dB。

8）發(fā)射機功率Pt公式為

根據(jù)以上理論計算，所需8G數(shù)字微波發(fā)射機的平均發(fā)射功率較小，考慮地面修正系數(shù)和整個系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，以及海洋傳輸損耗比地面大、氣候復雜多樣等不利因素的影響，系統(tǒng)采用5 W 8G數(shù)字微波發(fā)射機。

9）發(fā)射視距D（收、發(fā)天線之間無阻擋的最大傳輸距離為視距）公式為

式中：a為地球半徑，a=6.370×106m；Ht為發(fā)射天線海拔高度；Hr為接收天線海拔高度。

考慮到大氣的不均勻性對電波傳播軌跡的影響，

1）接收機噪波功率Pn公式為加入修正系數(shù)Ka=4/3，Ht取180 m，Hr取25 m，有

由式(8)和式(9)可知，一個量子位數(shù)量為m的量子個體可以表示2m個狀態(tài)，因此小種群的量子個體就可表示傳統(tǒng)方法下的大數(shù)量個體。量子門的操作使得量子進化能夠擁有很強的全局搜索能力，隨著概率幅的收斂，搜索的結果也會自動變?yōu)榫植克阉鳌?/p>

考慮到菲涅爾區(qū)對有效服務半徑的影響，視距會略有降低。但本系統(tǒng)的實際距離只有51 km，應該在視距范圍內。

2.5 點對點微波傳輸方案設計

本方案采取2發(fā)2收的方式，點對點傳輸前端電視節(jié)目信號；發(fā)射頻率為7 747.7 MHz；發(fā)射天線選用高強度、抗風力強的板狀拋物面天線。

2.6 點對點微波接收方案設計

接收天線選用高強度，抗風力強的板狀拋物面天線。

采用DVB-S衛(wèi)星接收機接收前端節(jié)目源。經接收天線、饋源、下變頻器后，將信號下變?yōu)镈VB-S衛(wèi)星接收機能夠接收的頻段950～2 150 MHz。

接收下來的節(jié)目由DVB-S衛(wèi)星接收機解出A/V信號后，送入模擬調制器，最后與原有模擬節(jié)目相混合后下傳至各個用戶端。

2.7 系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)原理如圖1和圖2所示。

圖1 前端發(fā)射系統(tǒng)原理圖

圖2 接收端原理圖（上、下大陳島同理）

3 系統(tǒng)設計和設備招標時應考慮的因素

系統(tǒng)設計和設備招標時需要考慮的幾點因素有：

1）在海面上用微波傳送數(shù)字電視信號，因海水反射大，易造成多徑干擾，為提高傳輸可靠性，應選擇抗干擾能力強的調制方案，比如DVB-T，DMB-T/H，DVB-S等體系的調制方案。本系統(tǒng)對帶寬要求不高，從性價比角度考慮，優(yōu)先選擇DVB-S的QPSK調制方案。

2）本系統(tǒng)存在傳輸距離較遠（51 km已是視距傳播的臨界點）、使用頻率較高、海洋傳輸損耗大、多徑干擾嚴重、氣候復雜多樣等不利因素，設計時應充分考慮其裕量。

3）海島氣候潮濕，空氣含鹽分高，設備必須經過嚴格的防腐處理，以延長其使用壽命。

4）沿海島嶼臺風災害頻繁，最大風速可達60 m/s，室外所有設備必須具備較強的抗風防水能力，以提高系統(tǒng)的可靠性及減少日后的維護成本。

5）沿海島嶼軍事設施較多，防止系統(tǒng)相互干擾是必須考慮的因素。

6）沿海島嶼眾多，發(fā)射點和接收點的選址務必慎重，以避開有阻擋電波傳輸?shù)淖匀画h(huán)境。

7）相近島嶼接收點間，自有節(jié)目信號的同頻干擾也是值得關注的，以防止在同頻多發(fā)時產生干擾。

8）本系統(tǒng)設計為可傳送16套電視節(jié)目，以適應今后廣播電視事業(yè)發(fā)展的需要。

4 主要設備性能及參數(shù)簡介

4.1 編碼器

系統(tǒng)采用8路超級編碼器，該編碼器在1U的機箱內集成了8路編碼、TS復用，能夠實時超低碼率MPEG-2的標清編碼。其主要參數(shù)如下：1）碼率為5～126 Mbit/s；2）輸出電平峰峰值為800 mV；3）格式為MPEG-2 4∶2∶0；4）水平分辨力為720，704，640，544，528，480，352；5）垂直分辨力為576或480。

4.2 調制器

系統(tǒng)采用符合DVB-S信道編碼和調制標準的QPSK調制器，對信號調制后直接輸出L波段頻率。主要參數(shù)有：有效輸入數(shù)據(jù)的比特范圍為0～62 Mbit/s；輸出數(shù)據(jù)的符號率范圍為0.1～45 Mbit/s（FEC≤3/4）；輸出信號的帶寬（BW）范圍≤56 dB；輸出電平可控為-60～-8 dBm。

4.3 微波發(fā)射機

系統(tǒng)采用具有相位噪聲較低的上變頻器、大功率GaAaFET線性放大管、高精度功率檢測等技術的X波段微波發(fā)射機。其主要技術參數(shù)有：圖像載波頻率為7.7～7.9 GHz；載波頻率穩(wěn)定度為±500 Hz/月；頻率特性≤±1 dB；載噪比≥55 dB；復合三次差拍＜-60 dBc；諧波抑制≤-70 dBc；噪波抑制≤-65 dBc；相位噪聲≤-85 dBc/Hz；輸入反射損耗≥15 dB；輸出反射損耗≥18 dB。

5 微波天線的調整步驟及方法

8G微波由于其頻率較高，系統(tǒng)所發(fā)射的電波波瓣較窄，如何使接收天線與發(fā)射天線對上是系統(tǒng)安裝調試的難點。在調試時走了不少彎路，化費了4，5天時間逐步摸索才找到其基準點?？偨Y其調整步驟及方法有以下幾點：1）用衛(wèi)星定位儀測出發(fā)射點和接收點的經緯度；2）用船用羅盤分別找出發(fā)射點或接收點的大致方位，并在地面上畫出其方位的延長線（或放置參照物）；3）調整發(fā)射天線，沿其地面所畫的方位延長線（或對照參照物），使其初步對準接收點，并適當調整發(fā)射天線的仰角，開機發(fā)射；4）調整接收天線，沿其地面所畫的方位延長線（或對照參照物），使其初步對準發(fā)射點，并適當調整接收天線的仰角（在本工程調試過程中，發(fā)現(xiàn)發(fā)射和接收天線的仰角均是水平略為向下的）；5）在接收端下變頻器出口接上具有相應頻率測試范圍并能顯示場強波形的場強儀（如德國寶馬PRE系列場強儀），細調天線的仰角和左右角度，找出本系統(tǒng)發(fā)射機所發(fā)射的微波信號（在實際調試過程中，發(fā)現(xiàn)在相近頻率上有很多信號，需要仔細辨別，不要放過任何細小的信號）；6）找到信號后，發(fā)射端和接收端交叉分別細調天線的仰角和左右角度，使其信號最強并緊固天線。

6 系統(tǒng)數(shù)據(jù)及效果

工程完工后，對系統(tǒng)的電平進行了測試，數(shù)據(jù)如下：

1）上大陳島微波接收下變頻器輸出電平為80 dBVU，經220 m長-12電纜（由于饋線大長，中間加了一級20 dB的放大）送入機房電平為72 dBVU。

2）下大陳島微波接收下變頻器輸出電平為78 dBVU，經35 m長-9電纜送入機房電平為73 dBVU。

2個接收點的信號電平均達到設計要求。11套省、市電視節(jié)目信號經分配、解調、調制、混合后送入原有的有線電視網(wǎng)絡，從而滿足了島上居民多年來想看到本地電視節(jié)目的愿望。主觀評價其節(jié)目信號的質量，除了彩色信號略感有失落外，基本能夠滿足用戶的收看要求。

7 總結

系統(tǒng)設計和工程施工過程中的經驗教訓有：

1）用DVB-C數(shù)字電視解調器解調有線數(shù)字電視信號作系統(tǒng)的信號源并不是理想的方案，只不過是受資金制約的無奈之舉，其結果是降低了電視節(jié)目的圖像質量，當然普通用戶收看是沒有明顯感覺的。

2）前端信源系統(tǒng)的DVB-C數(shù)字電視解調器選用有線數(shù)字電視的家用機頂盒或國內有些家用機頂盒廠家的所謂工程型機頂盒將影響系統(tǒng)的可靠性（不間斷連續(xù)工作時，容易死機且故障率很高），必須采購真正意義上的工程型解調器。

3）發(fā)射和接收天線的緊固件，必須按照安裝點的尺寸一次性加工完成并經防腐處理，否則不但繁瑣，而且影響其牢固性和使用壽命。

4）如碰到不定時的其他信號（特別是雷達信號）干擾，可定制相應頻率和帶寬的濾波器，安裝在下變頻器出口或機房入口加以濾除，必要時可采取多級濾波。

5）與微波鏈路相近的其他已經在使用的通信設備情況務必摸清，否則設備安裝使用后，將有可能產生相互干擾而造成無法挽回的損失（特別是遇到軍用設施）。