数字化MMDS传输系统的细说 (数字传输是什么)

随着我国有线电视的迅猛发展，MMDS传输*以传输距离远、图像质量高、投资费用少、建设工程短等优点，已成为我国地、县级和县级市有线台代替光缆和电缆的超干线、干线，实现有线电视联网，向乡、镇、村广大山区、农村覆盖的重要手段。　　国家监听电管理委员会规定：MMDS的工作频段为～MHz，仅有MHz带宽，传送8个频道节目。为适应有线电视发展需要，与国际接轨，GY／T－标准规定，MMDS工作频段扩展为～MHz频段，MHz带宽，也仅能传送～个频道节目，频道容量仍远远不能满足实际需求。一些省、市级有线台已用光缆／电缆混合网(HFC)覆盖大、中城市，但对广大乡、镇、村，尤其是地形复杂的山区及边远贫困地区，采用HFC网是不现实的，MMDS仍是CATV联网覆盖非常有效的方式，因此MMDS*采用数字压缩技术，扩大频道容量，已势在必行。　　下面对数字MMDS传输*的主要技术作简略介绍，供各地广播电视部门作规划设计时参考。数字MMDS传送的优点　　1使用最新的传送数字信号的信源编码与信道编码，并采用最新的调制技术。使数字信号的频谱压缩，大大提高了频道利用率，提高了功率与频谱的综合利用。　　2采用数字信号传输，抗干扰性强。并采用新的信号再生方案，排除了噪声和失真的累积影响。　　3因数字化信号传输C／N比门限值低、图像质量好，无累积影响，因此传输距离很远。覆盖半径主要受视距影响，直线传输>km。模拟MMDS传输时，中继传输不能超过2跳；而数字传输时，宽带数字MMDS发射机或中继直放机功率储备大，传输距离远，中继传输可达几百公里。　　4由于采用数字滤波与数字存储方式，可用简单的方法消除噪声，改善其图像的信噪比；很容易实现自适应的二维、三维亮度分离，彻底消除亮度干扰；及其他提高图像质量的措施，因此数字电视的图像质量远高于模拟电视信号质量，基本上与光碟的信号质量相当。　　5数字信号能用存储器存储起来，容易实现图像信号的加工、*、检索、编辑和随机访问等信号故障维修。多次处理信号也不会降低图像质量。　　6数字电视信号处理中用前向纠错编码(FEC)方式，减少误码率(BER)，受空间干扰等影响小，因此可实现无差错接收，可靠性远高于模拟信号传输。　　7数字传输对*的载噪比C／N的门限值比模拟信号C／N要求低。国标规定模拟CATV网达到四级图像质量为C／NdB；对模拟MMDS*要求C／NdB，若有1～2级中继转接，C／N=～dB；而由表3可见，QAM的MMDS数字传输，C／N门限值为dB，即C／N>dB，便可获得无差错的四级图像质量，比模拟电视*要低dB左右。这就是说在同样的传输距离下，接收端信号接收场强可降低；即可降低数字发射机的发射功率。　　8数字MMDS发射机是工作在平均功率上，因此功放发射管的功率利用率高。　　9数字化传输容易实现加密、加扰。　　数字化传输处理可以进入宽带综合业务数字网，实现图文传输、数据传输、点播电视、电视购物、交互式双向通信传输等多功能服务及多媒体通讯等。　　采用数字压缩MMDS发射机，可大大减少模拟MMDS发射机数量。若从地级到县级要建立MMDS传输*，采用数字传输*要比采用相应的模拟MMDS发射机的成本低好几倍，比光缆更节省投资。而图像质量等同于光缆传输质量，大大优于模拟传输质量，其可靠性大大高于光缆传输。若省、市级已采用了MPEG－2数字压缩传输，则县级不用自行解决压缩设备，在数字*上的总投资比建模拟MMDS发射机上的投资要低得多，一次性以最低的投资传送到县、乡、镇、村。　　若具有经济能力的个体用户，可采用家用型数字*接收，虽图像质量比专业级*差，但比模拟信号接收质量强得多，这样可为逐步过渡到数字电视到户创造条件。[Page]数字MMDS传输*　数字MMDS传输*由以下几部分组成　　1数字MMDS发射机　　目前，国外先进国家研制的数字MMDS发射机有两种类型：一类是完全数字化处理MMDS发射机，输入信号为视、音频信号和附加数据信号。视、音频MPEG－2数字压缩、多路复接及QAM调制，均在机内组件中直接完成。再经过上变频后输出MMDS微波信号；另一种是模拟／数字兼容机，是模拟发射机的升级，机内已为数字发射机作好接口等其他电路的准备，称为“DigitalReady”，即已为数字化作好“准备”，稍作改动便可升级为数字发射机。这种“兼容机”，需连接机外的MPEG压缩及QAM调制的接口装备。　　数字MMDS发射机比模拟MMDS发射机要求更高，两者主要有以下几点区别：　　1)数字MMDS发射机以平均功率为额定输出功率。因为对QAM的数字信号来说，数字发射机大多处于平均工作状态，末级功率放大器处于AB类工作状态，功放管功率利用率高；而模拟MMDS发射机是线性调幅，功放级处在A类工作状态，甚至是超线性工作状态，功放管利用率低。即使数字发射机工作在峰值状态时，功放管特性曲线稍有弯曲也不影响数字信息传输(仍有良好的线性)，一般DTV发射机的线性峰值功率比平均功率高6～7dB。(如：QAM的平均功率比峰值功率低63dB，而QPSK的平均功率比峰值功率低3dB。)现有数字发射机输出平均功率为5～W可调节，而且其发射功率的输出动态范围很大。　　2)数字发射机在电路上，应采用功放级的前馈校正技术，上变频器前的中频电路应具有完善的信号处理功能，为上变频之后的前置激励器提供高质量的驱动信号。　　3)数字MMDS发射机对相位噪声要求特别严格，因为数字信号是QAM正交调幅调制，相位的抖动导致检测的错误和码间干扰，误码率大，使恢复的信号失真。因此数字发射机要求相位噪声指标在偏离载频kHz处1Hz带宽上应－dBc。若模拟发射机相位噪声指标达到－dB，就可与数字发射机兼容，若为－dB也可以用于数字传输，但效果要差一些。因此若原有的模拟MMDS发射机要升级能兼容传输数字信号时，必须更换本振源，不能用PLL锁相方式，要采用精密同步，将振荡器频率与GPS锁定，这可大大提高相位噪声指标。　　4)数字发射机的中频频率是指数字信号频谱的中心频率。国外的数字发射机一般在～MHz或～MHz间选择，以适应各种制式及各种信道编码调制的中频输出。对MMDS数字传输*QAM调制方式，欧美常用MHz(与模拟图像中频MHz兼容)及MHz(与模拟图像中频9MHz兼容)。我国目前还未制定标准，规定中频频率，若以模拟MMDS发射机中频MHz而言，其8MHz频道带宽的中心频率为MHz。因此目前我国的数字MMDS发射机采用MHz或MHz中频，与国际上靠扰。　　5)数字宽带MMDS发射机(即MMDS上变频器)也要求相应噪声指标－dBc。在25～27GHz的频带内，每8MHz频道内传输的节目数，由表4可看出。对QAM而言，每8MHz频道内传输4～8套压缩数字信号。若在25～27GHz的频带内，有个8MHz带宽信道，则可传输～套节目。若同样传输～套节目，则数字传输仅占用3～4个模拟频道。数字宽带MMDS发射机与模拟发射机一样，其不足之处是每套节目的输出功率较低，覆盖范围受到*。　　2发射天馈*　　数字MMDS传输*中，由于数字发射机峰值功率比平均功率大很多，一般为6～7dB，即大4～5倍。因此，发射天线在设计制造上要都考虑足够的功率容量，发射天线、连接器、功分器及馈线的尺寸，都要适当加大。　　3接收端数字MMDS下变频器　　数字MMDS下变频器是将数字MMDS信号变换到RF数字信号。它与模拟信号MMDS变频器不同之处，也是对相位噪声的要求不同。数字MMDS下变频器在偏离kHz时的相位噪声，要求达到－dBc／Hz；而模拟下变频器的相位噪声通常为－dBc／Hz，最好的也是－dBc／Hz。因此，数字MMDS接收*应采用高质量的数字MMDS下变频器，原有的模拟下变频器必须更换。[Page]　　4MMDS数字接收*　　数字MMDS*也称综合解调器IRD。它接收传送来的数字信号，经信道*、信源*转换到原来压缩前的数字信号，再经过D／A变换和*编码(PAL制编码)后送普通电视机接收。因卫星广播、地面广播、CATV及MMDS的传输方式不同，采用不同的信道*方式，对MMDS传输而言，采用QAM解调。　　根据应用场合不同可分为家用和专业用两种。家用*有遥控、屏幕显示功能，专业用*供集体接收，有更高的质量、较多的接口、更高的可靠性，接口应符合DVB－C标准。　　CATV／MMDS综合**(IRD)原理框图见图3：　　1)调谐、解调：从数字MMDS降频器或CATV传输*来的VHF／UHF射频信号中，调谐接收数字电*道，变换成固定的中频数字信号，再经QAM*解调出传输数据流。　　2)纠错、解扰电路：为防止数字传输时产生一连串误码，而在QAM调制前先进行纠错、扰码措施，接收端需采取相应的解扰处理。　　3)解复接电路：是根据MPEG－2标准，将传输流分解成*、音频及服务信息等数据。　　4)MPEG－2*：将视、音频数据信息，按MPEG－2标准去压缩，恢复数字视、音频信号。　　5)*PAL编码：将数字*信号进行PAL编码，转换成模拟复合*信号输出。　　6)音频信号数／模(D／A)转换：恢复成模拟音频信号输出。　　7)微处理机控制部分：微处理器是*的控制管理中心，它通过智能卡接口读取智能卡信息和资料，接收用户授权管理中心的指令。通过用户界面显示屏指示灯和按键与用户交流信息，从而对IRD机进行解调和*控制，通过RS－接口与外部计算机交流。　　8)完善的数字MMDS传输*，除上述基本组成部分外，还应包括：信号加扰、解扰可寻址收费管理*及各种多功能业务接口，如数据传输、专用业务通讯网络等数据流的专用接口等。数字MMDS传输*设计　　1设计要点　　1)首先要确定本数字MMDS传输*要传送多少套节目。信号源来自卫星广播的中央台加密数字压缩信号、或省、市有线台加密节目。建议卫星广播的模拟电视节目及本地区的模拟自办节目，最好仍以模拟信号传输，不必升级为数字电视传输。采用模／数混合MMDS传输，以节省MMDS工程造价。　　另外，还要确定本数字传输*是否要开展通信SDH网或Interet网来的其他数据业务，如股市动态数据传输、图文电视、数据信息等综合数据业务。　　2)根据本数字传输*的传输节目数、信号传输质量及传输距离远近，按上述原则确定采用什么信道编码，需用何种调制状态M数的QAM调制器。　　3)视、音频数字压缩采用MPEG－2标准，还是降低要求采用MPEG－1标准。一般情况下，发射端视、音频数字压缩应采用标准的MPEG－2压缩方式，其数据码率在15～Mbps间可调节。这样在接收端的个体用户也可用价廉的VCD*，以MPEG－1方式*。　　4)QAM调制器选择应符合ET标准，其调制状态数最好、、、、等可调。　　5)按已选定的M－QAM调制器的技术特性，可查表知其载噪比C／N的门限值。如6QAMC／N门限值为dB，QAMC／N门限值为dB，依此值来进行MMDS链路设计，确定采用什么功率等级的数字MMDS发射机。　　6)设备选择　　(1)数字MMDS发射机：注意厂商给出的数字MMDS发射机的额定功率是指平均功率。对QAM而言，数字MMDS发射机的平均功率比峰值功率低63dB。　　另外，要选用相位噪声小的模拟／数字兼容的MMDS发射机或全数字化MMDS发射机，不能用PLL锁相方式的模拟MMDS发射机。　　(2)选择带内频响平坦度和群时延特性好及带外抑制特性很陡峭的频道合成器。最好隔频道使用，若要邻频道工作，则必须压缩可用频带，即减少节目数，以减少传输数据码率，或选用调制状态数M大的M－QAM调制，如QAM。　　(3)选用发射天线及馈线*要注意其功率容量。天馈*的功率容量必须比数字MMDS发射机的平均功率大4～5倍。[Page]　　(4)选用优质的相位噪声小的数字MMDS降频器，模拟MMDS信号也可兼容接收。但必须更换原有的不能与数字传输兼容的MMDS降频器。　　（5）数字MMDS接收方框图如图2所示。对集体接收必须在CATV分前端把已解调*后输出的视、音频信号，再调制到VHF／UHF射频频段上，再混合其他模拟电视RF信号，再送入CATV分配网。对于个体接收，只要连接一台综合解调器便可用普通模拟电视机接收。若降低要求，可用*低廉的类似于VCD机的MPEG－1解调、**即可。　　2链路设计　　示例：某模拟／数字混合MMDS*，全向覆盖最大传输km。　　1)采用全向隙缝天线，天线增益dB。发射天线高m，馈线长m，采用BT－椭圆波导。接收天线采用12米网状抛物面天线，天线增益Gr=dB，馈线及接头损耗总计约Lf=7dB。　　2)最大传输距离d=km时，*空间损耗Ld=dB。　　3)模拟信号传输：接收端载噪比按C／N=dB设计(设计计算公式从略)降频器最小输入功率Pr=C／N＋NF＋N=－dBm。　　4)所需模拟信号传输的发射功率　　Pt=Pr－Gt－Gr＋Ld＋Lf＋△L　　式中：△L－设计储备量，因传输距离远，取△L=4dB。　　则算出：Pt=－－＋＋7＋4=dBm=W采用W单频道MMDS发射机　　5)数字信号传输采用QAM调制方式，载噪比门限值C／N=dB，按C／N=dB设计(已考虑了6dB的设计储备量)，则降频器上输入功率Pr=C／N＋N＋NF=－4＋24=－dBm　　6)则所需数字信号传输的发射功率　　Pt=－－－＋＋7＋4=dBm=16W　　因此，数字MMDS发射机的平均功率只要大于2W，即可获得W模拟发射机同样的覆盖距离。　　考虑到模拟信号与数字信号混合传输覆盖情况，数字与模拟信道功率电平差不要太大。一般对QAM而言，功率电平差为－dB。则上述算出模拟发射功率为W(dBm)，则数字平均功率为dBm，即只要大于6W，如取W平均功率的数字发射机，即可获得的满意的图像质量。