王 彧

（山西廣播電視無(wú)線管理中心，山西 太原 030001）

責(zé)任編輯:任健男

在微波通信中，由于受地理環(huán)境、建筑物和氣象條件等的影響，會(huì)產(chǎn)生多徑衰落現(xiàn)象。多徑衰落導(dǎo)致接收信號(hào)出現(xiàn)誤碼（“0”變?yōu)椤?”或“1”變?yōu)椤?”），表現(xiàn)在觀看電視節(jié)目時(shí)，畫面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)“馬賽克”甚至黑屏。為了盡可能避免這種現(xiàn)象發(fā)生，就需要使用相應(yīng)的抗衰落技術(shù)。目前，在山西省數(shù)字微波電路中普遍采用的有空間分集、頻率分集、無(wú)損傷倒換和自適應(yīng)均衡技術(shù)，下面將詳細(xì)介紹無(wú)損傷倒換技術(shù)的原理及應(yīng)用。

1 多徑衰落的影響

如圖1所示，多徑衰落是由幾條經(jīng)不同路徑到達(dá)收信點(diǎn)的電波相干涉而成的，所以收信點(diǎn)的電平是它們相互干涉結(jié)果的失量和，其振幅和相位隨時(shí)間而變化。但在實(shí)際傳播中，由3條以上路徑產(chǎn)生的干涉波造成衰落影響電路質(zhì)量指標(biāo)的概率很小，因此，對(duì)多徑衰落的研究都是基于2條路徑進(jìn)行的。

如圖2所示，是基于2條路徑的等效電路圖，其等效網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)為Hc（jw，t）=1+re-jwτ（t）。如圖3所示，它的振幅特性A（w，t）及群時(shí)延特性T（w，t）在某一固定時(shí)刻就簡(jiǎn)化為只是頻率的函數(shù)。r為干涉波對(duì)直射波的振幅比，τ（t）為干涉波相對(duì)于直射波的時(shí)延，τ0為干涉波相對(duì)于直射波的時(shí)延平均值。

對(duì)應(yīng)的谷值為

其中：τ0是τ(t)的平均值。峰值為

經(jīng)分析得出，當(dāng)r為無(wú)窮小時(shí)（理想狀態(tài)，認(rèn)為幾乎沒有干涉波），信道近似不存在衰落。當(dāng)傳輸信號(hào)帶寬B?1/τ時(shí)，近似為平衰落。當(dāng)r＜1與r＞1，其群時(shí)延響應(yīng)發(fā)生畸變，從而產(chǎn)生了色散。

多徑衰落對(duì)廣播電視傳輸影響很大，在模擬微波系統(tǒng)時(shí)，主要造成收信端的接收電平下降，導(dǎo)致信噪比（S/N）降低，解決辦法主要靠加大發(fā)射機(jī)功率來(lái)實(shí)現(xiàn)；另外，由于信號(hào)通過不同路徑到達(dá)所產(chǎn)生的時(shí)延差，還會(huì)造成圖像重影，但不會(huì)造成信號(hào)中斷。在數(shù)字微波系統(tǒng)時(shí)，由于數(shù)字信號(hào)（0，1序列）屬于寬帶信號(hào)，主要受頻率選擇性衰落的影響造成帶內(nèi)失真，從而造成碼間干擾。

2 頻率選擇性衰落及對(duì)抗措施

頻率選擇性衰落是多徑衰落的一種類型，在這種衰落中，反射波的影響較大[1]。由于電波空間的多徑傳輸現(xiàn)象，這些反射波、折射波和直射波各以不同的方向和時(shí)延到達(dá)收信點(diǎn)而進(jìn)行矢量相加，使收信點(diǎn)有著隨機(jī)變化的振幅和相位。不同的瞬時(shí)，峰值和谷值在頻率軸上的位置也不同。隨著時(shí)間的變化，峰值和谷值將在頻率軸上不斷移動(dòng)，微波信號(hào)的衰落深度也隨之變化，就造成了微波通信中的頻率選擇性衰落。

頻率選擇性衰落將使微波信號(hào)產(chǎn)生帶內(nèi)失真，這會(huì)導(dǎo)致接收信號(hào)的波形失真，從而造成碼間干擾，致使判決電路做出誤判，恢復(fù)不出原始數(shù)字序列。帶內(nèi)失真與數(shù)字微波系統(tǒng)所占的傳輸帶寬有關(guān)，而系統(tǒng)帶寬是由傳輸容量和調(diào)制方式?jīng)Q定的。如果系統(tǒng)的頻率配置采用同頻雙極化工作，頻率選擇性衰落還會(huì)使交叉極化鑒別度下降。另外，系統(tǒng)具有的抗深衰落能力也會(huì)受到影響。

目前，實(shí)際應(yīng)用在SDH數(shù)字微波設(shè)備中的抗衰落措施有自動(dòng)發(fā)信功率控制、空間分集、自適應(yīng)均衡、頻率分集、無(wú)損傷倒換和交叉極化干擾抵消器等技術(shù)[2]。

3 頻率分集原理及應(yīng)用

無(wú)損傷倒換是在頻率分集技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，所以先介紹頻率分集的原理。頻率分集利用了在不同的射頻載波上衰落事件有明顯的不相關(guān)性，也就是在兩個(gè)頻率上同時(shí)發(fā)生瞬間中斷的概率比較低。頻率分集使用兩個(gè)或更多不同的頻率發(fā)射同一信息，在收信端選出傳輸質(zhì)量比較好的那一路信號(hào)[3-4]。

在模擬微波設(shè)備中通常采用1+1熱備份形式。信號(hào)并發(fā)優(yōu)收，具體地講就是在發(fā)信端，信號(hào)經(jīng)基帶處理后分為兩路相同的信號(hào)分別送至兩路調(diào)制機(jī)，調(diào)制后的中頻信號(hào)，再分別送至2個(gè)波道（例如1波道、3波道）的高頻發(fā)射機(jī)上，經(jīng)上變頻的射頻信號(hào)經(jīng)分并路系統(tǒng)合成后經(jīng)天線發(fā)射出去。在收信端，由2路接收機(jī)接收，接收到的信號(hào)經(jīng)下變頻變?yōu)橹蓄l信號(hào)，再送至解調(diào)機(jī)解出基帶信號(hào)，通過視頻合路器自動(dòng)或手動(dòng)選出一路質(zhì)量較好的信號(hào)（電視和伴音信號(hào)）來(lái)。

這種形式的缺點(diǎn)是設(shè)備和頻帶利用率都不高。由于數(shù)字技術(shù)的成熟和數(shù)字元器件的高穩(wěn)定性，數(shù)字微波電路中通常采用N+1（N個(gè)主用波道＋1個(gè)備用波道）波道備用制式。當(dāng)主用波道中任一波道由于設(shè)備故障或者電波傳播發(fā)生深衰落時(shí)，系統(tǒng)都會(huì)在信號(hào)中斷前，將其倒換到備用波道，這樣有可能完全避免中斷，同時(shí)也大大地提高了設(shè)備和頻帶利用率。

4 無(wú)損傷倒換技術(shù)

為了達(dá)到抗多徑衰落的目的，整個(gè)倒換動(dòng)作要做到真正的無(wú)損傷（無(wú)差錯(cuò)）就要靠無(wú)損傷倒換技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵跀?shù)字傳輸時(shí)，幀定位信號(hào)間比特?cái)?shù)的改變會(huì)造成分接設(shè)備中幀定位信息的丟失，在分接設(shè)備恢復(fù)幀定位之前，傳輸中斷。在微波電路中，衰落開始是使傳輸質(zhì)量劣化（電視畫面出現(xiàn)馬賽克），最終導(dǎo)致信號(hào)中斷（電視畫面出現(xiàn)黑屏）。

無(wú)損傷倒換不能是信號(hào)出現(xiàn)中斷時(shí)才倒換，它應(yīng)該在信號(hào)中斷前，使用高速質(zhì)量監(jiān)測(cè)器，以便倒換到更好的保護(hù)波道，若比特計(jì)數(shù)沒有出現(xiàn)滑動(dòng)，則完全有可能避免中斷。并且，為了應(yīng)付快衰落的發(fā)生，要求總的倒換時(shí)間足夠短。

為了實(shí)現(xiàn)比特計(jì)數(shù)完整性和電路發(fā)生深衰落，倒換系統(tǒng)需滿足兩個(gè)基本條件：1）能夠補(bǔ)償工作波道和保護(hù)波道上的不同時(shí)變的傳輸時(shí)延；2）要在中斷比特率達(dá)到門限前，完成整個(gè)動(dòng)作。

如圖4所示，其倒換步驟為：①為主用波道在接收側(cè)監(jiān)測(cè)到預(yù)警信號(hào)；②為接收側(cè)的倒換處理器將有故障波道的信息送到發(fā)送側(cè)的倒換處理器；③為接收到這個(gè)信息后，發(fā)送側(cè)的倒換處理器發(fā)送一個(gè)控制信號(hào)給收發(fā)分配器（TR DIST），控制TR DIST將有故障波道中傳輸?shù)男畔⒃诠收喜ǖ篮蛡溆貌ǖ乐胁l(fā)；④為TR DIST完成操作后發(fā)送一個(gè)發(fā)倒換應(yīng)答信號(hào)，這個(gè)信號(hào)被送到收端的倒換處理器；⑤為在接收側(cè)，主備數(shù)據(jù)并收，并將數(shù)據(jù)流對(duì)齊，完成并收動(dòng)作；⑥為在接收側(cè)，倒換開關(guān)選擇保護(hù)波道數(shù)據(jù)流。其中，收發(fā)兩端的倒換處理器是通過RF-COH（微波附加幀開銷）字節(jié)中的數(shù)字業(yè)務(wù)信道DSC來(lái)傳輸?shù)摹?/p>

5 電路應(yīng)用及實(shí)際改善效果

山西省微波電路是在原先建有的模擬電路的基礎(chǔ)上實(shí)施改造的，充分地利用了現(xiàn)有資源。此次改造共計(jì)10個(gè)微波站，微波設(shè)備采用SDH數(shù)字微波設(shè)備，通道容量為155 Mbit/s，采用3+1波道配置，調(diào)制方式為64QAM（正交幅度調(diào)制）。

電路經(jīng)由地區(qū)均為山區(qū)，各段路由斷面均為A型，并且，站距大多較長(zhǎng)，電路傳輸主要受頻率選擇性衰落的影響，導(dǎo)致中斷概率增大。為了對(duì)抗頻率選擇性衰落的影響，使電路達(dá)到設(shè)計(jì)要求，主要采用了自動(dòng)發(fā)信功率控制、空間分集、頻率分集、無(wú)損傷倒換和自適應(yīng)均衡技術(shù)等。經(jīng)過電路指標(biāo)計(jì)算，本工程在全電路9個(gè)中繼段的二跳中繼段采用了空間分集措施，空間分集改善系數(shù)分別為30.46和23.14。全線路10個(gè)微波站均采用3+1波道配置和無(wú)損傷倒換。波道倒換段安排為9個(gè)倒換段：每一跳均為1個(gè)倒換段，主備用微波波道倒換段可以人工、自動(dòng)完成。

廣播電視信號(hào)質(zhì)量的優(yōu)劣通常用嚴(yán)重誤碼秒比來(lái)衡量，在工程驗(yàn)收階段，為了測(cè)試無(wú)損傷倒換對(duì)誤碼率的實(shí)際改善效果，測(cè)試人員在每站將微波設(shè)備的3個(gè)主用波道分別設(shè)置成自動(dòng)倒換和禁止倒換兩種狀態(tài)，對(duì)幀失步秒、背景塊誤碼、誤碼秒、嚴(yán)重誤碼秒、不可用秒等參數(shù)進(jìn)行了24 h測(cè)試，并且和理論數(shù)據(jù)作了對(duì)比。表1中列出了嚴(yán)重誤碼秒比的理論數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。通過對(duì)比證明無(wú)損傷倒換技術(shù)在改善誤碼率，減小中斷率方面的貢獻(xiàn)很大，通過改善，各跳電路指標(biāo)均滿足電路設(shè)計(jì)要求。

6 經(jīng)驗(yàn)介紹

在山西省微波電路數(shù)字化改造中，全部站點(diǎn)均配置為3+1波道。實(shí)際在主用波道中傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)，由于傳輸級(jí)別不同，不能全設(shè)為“自動(dòng)倒換”。因?yàn)槎荚O(shè)置為“自動(dòng)倒換”時(shí)，當(dāng)A波道（級(jí)別低）發(fā)生衰落時(shí)，電路自動(dòng)將其倒至備用波道，直至電路恢復(fù)正常，信號(hào)才由備用波道倒回A波道。若在這個(gè)倒換發(fā)生期間，B波道（級(jí)別高）也發(fā)生衰落，只能等待備用波道空閑出來(lái)，這樣就不能優(yōu)先保證對(duì)級(jí)別高業(yè)務(wù)的傳輸要求。于是，將主用波道設(shè)置為不同的倒換方式，級(jí)別高的設(shè)為“自動(dòng)倒換”，級(jí)別相對(duì)低的設(shè)為“手動(dòng)倒換”。

表1 各跳電路嚴(yán)重誤碼秒比改善前后對(duì)比表

另外，當(dāng)維護(hù)人員維護(hù)設(shè)備時(shí)，將需要維護(hù)的波道信號(hào)“強(qiáng)制倒換”至備用波道，這樣就不會(huì)中斷電路傳輸。

[1]車晴，張文杰，王京玲.數(shù)字衛(wèi)星廣播與微波技術(shù)[M].北京：中國(guó)廣播電視出版社，2003.

[2]傅海陽(yáng)，趙品勇.SDH數(shù)字微波通信系統(tǒng)[M].北京：人民郵電出版社，2000.

[3]李文海，毛京麗，石方文.數(shù)字通信原理[M].北京：人民郵電出版社，2001.

[4]陳如明.大容量數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)工程[M].北京：人民郵電出版社，1998.