学文网[摘要]数字MMDS技术适合地形复杂、居住分散的偏远农村地区。本文从惠州市地理实际出发，提出了惠州市村村通数字MMDS系统设计方案，并对数字MMDS设备的技术选型和系统可靠性做了详细分析。
[关键词]村村通数字电视MMDS QAM QPSK HFC
MMDS适合惠州的地理需求
MMDS(Multi channel Microwa reDistribution Service)即多路微波分配系统，占用频段为2.5GHz～2.7GHz，是针对数字电视节目的无线传输和覆盖技术。很多有线HFC网络难以覆盖的地、市、县，都采用MMDS系统解决农村看电视问题。
惠州市位于广东省东南部、珠江三角洲东北端，全市陆地面积1.12万平方公里，占珠江三角洲经济区的1/4(见***1)。
惠州城区以有线覆盖为主，数字化整体转换也已全面启动。而对于偏远的农村，有线网覆盖面较小且整体转换成本较高。为此，惠州市提出使用数字微波(h4MDS)实现惠州有线网外农村区域的补充覆盖(村村通工程)，该系统需能提供60套以上数字电视节目，并保留扩充至100套节目的能力。
MMDS的设计思想和原则
1 设计思想
指导思想是建立一个符合惠州广电要求和运营标准的数字MMDS系统，系统整体指标应符合长期运营，追求系统的合理配置、长期稳定可靠，充分考虑覆盖的有效性和合理性。
2 技术方案设计原则
(1)标准化、开放性：系统设备的选用应符合各项国际和国家标准。
(2)安全性、可靠性、可扩展性：系统的可靠性设计满足MTBF>50000小时，MTTR
(3)先进性：与有线数字电视网络相比，数字MMDS包括信号的上变频和下变频环节，并因此对数字设备提出更高要求，数字前端应采用有线数字电视网络中使用的先进产品，保证系统指标和长期可靠稳定。
(4)可升级性：保留今后节目扩容、功能增加和新业务开展的可能。
惠州MMDS系统的设计
1 调制方式选择
目前，数字MMDS传输普遍采用两种调制方式：DVB-C的64QAM调制方式和DVB-S的QPSK调制方式。
QAM调制方式的优点是：可与有线电视网络完全兼容，用户机顶盒可以通用；频率资源利用率高；对传输设备的要求比QPSK高。缺点是抗干扰能力较QPSK差，且用户端成本较QPSK高。QPSK调制的优点是抗干扰能力较强，用户端成本低，网络运营易于推广，信号接收门限电平低；但缺点是频率利用率低。
考虑到惠州市已建设QAM(DVB-C)数字前端的实际情况，本方案采用QAM(DVB-C)作为惠州村村通数字电视MMDS的信号调制方式。
2 覆盖设计
(1)广播电视台前端的数字信号通过小功率发射机，点对点发送至象头山中继转发站，路径为15～20公里。
(2)在象头山中继转发站，采用同频中继方式，使用室外转发机，通过360°发射天线，主覆盖半径为50公里。
(3)在上述覆盖规划中仍然存在的盲区，将通过小功率(主要为太阳能供电)波束转弯器补盲。
3 发射频率设置和极化方式
数字发射机占用2500 MHz～2700MHz，发射12个数字QAM载波。
4 惠州发射站设计及功率计算
发射主站采用室内宽带发射机，点对点传输至象头山，传输距离20公里。在楼顶架设10～15米高铁塔，采用7/8传输馈线。馈线长暂定为20米。发射天线和象头山接收天线都采用1.5米直径裙边天线。
考虑到多级传输，第一级尽可能保证信号较高载噪比。C／N第一级=P-Nf-Nb=44dB(取较高载噪比)
那么，P=44+Nf+Nb=一59.3 dBm
其中：Nb=-105
Nf=Nf低噪+(Nf中继－1)／G低噪=1.5+(5－1)／25=1.7 dB
发射功率(Gf)=接收功率+Lw(传输线损耗)一Ga(发射天线增益)+场因子(Lf:2dB)+Ls(空间传输损耗)一Gr(接收天线增益)
传输线损耗Lw:2.6dB(20米馈线和接头损耗)
发射天线增益Ga:29.5dB
接收天线增益Gr:27.5dB
空间传输损耗Ls:Ls=92.4+201g(D)+201g(F)
其中：D为空间距离(km)F为发射频率(GHz)
20km处空间衰减：Ls=92,4+201920+201g2.7=127.1 dB
场因子Lf：2dB
接收功率要求：-59.3dBm
发射功率(Gf)=-59.3dBm+2.6-29.5+2.0+127.1-27.5=15.4dBm／频道
对应于CTB=60下，宽带发射机在12个QAM数字载波加载下的平均数字输出功率为26dBm，完全满足设计要求，并可满足今后频道扩容的需要。
5 象头山中继站系统设计及功率计算
象头山中继站覆盖方圆50公里(见***2)。
(1)中继站系统设计
发射机功率Gf:20 dBm(26.0 dBm主站信号回退6dBm余量计算)
传输线损耗Lw:2.6dB
发射天线增益Ga:29.5 dB
场因子：2dB
空间传输损耗Ls:Ls=92.4+201g(D)+201g(F)
其中：D为空间距离(km)F为发射频率(GHz)
20km处空间衰减：Ls=92.4+201g20+20lg.7=127.1dB
接收天线增益Gr:27.5 dBi(中继接收采用1.2米直径接收天线)
接收天线输出电平：-54.7 dBm／ch 使用15dB增益低噪声放大器，输出电平约为-40dBm／ch。接收信号符合发射机输入电平要求。
C/N象头山=P-Nf―Nb=48.5dB
其中：P=-54，7dBm；Nb=-105；Nf=Nf低噪+(Nf中继－1)／G低噪=1.5+(5－1)／15=1.8dB
(2)中继站发射功率(Gf)计算
中继站设计为室外无人值守，同频转发。360°覆盖50公里半径范围。
中继站发射功率(Gf)=c／N+Lw(传输线损耗)一Ga(发射天线增益)+场因子(Lf:2dB)+Ls(空间传输损耗)－Gr(接收天线增益)+Nb(噪声功率)+Nf(下变器噪声)。
传输线损耗Lw:1.5dB(含馈线和接头损耗15dB)
发射天线增益Ga:13dB(360°缝隙天线)
接收天线增益Gr:以常用的增益24dBi为例
空间传输损耗Is:Ls=92.4+201g(D)+201g(F)
其中：D为空间距离(km) F为发射频率(GHz)
50km处空间衰减：Ls=92.4+201g50+201g2.7=135 dB
背景噪声Nb：Nb=-f101gK+101gBw+101gT)=-105dB
场因子Lf:2dB
下变频器噪声Nf:2.5dB
接收点c/N=28＋6dB(28dB门限+6dB设计裕量)
中继站发射功率(Gf）=34+1.5－13+2.0+135-24+(-105)+2.5=33dBm／频道
对应于C／CTB=60下，室外型宽带发射机在12个数字载波加载下的平均数字输出功率为37.0dBm，完全满足设计要求。
6 数字MMDS接收设计
(1)集体接收
接收天线接收信号后，通过下变频器变频到指定频率(通过下变频器本振频率确定)；下变频器馈电通过一个电源插入器(15V-18V)，电源插入器的另一端接入分配网，通过信号的分配和放大送人网内用户；网内用户通过数字机顶盒接收数字信号，并通过AV或RF输出至电视机(见***3)。
(2)个体接收
接收天线接收信号后，通过下变频器变频到指定频率(通过下变频器本振频率确定)；下变频器馈电通过―个电源插入器(15V~18V)，电源插入器的另一端接人机顶盒；用户通过数字机顶盒接收数字信号，并通过AV或RF输出至电视机(如***4所示)。
(3)接收要求
MMDS近距离、中距离、远距离接收系统要求：-中距离接收时，可以使用较小增益的接收天线；近、远距离接收时，接收天线适当加大增益；对于远端，更应考虑接收天线高度。
对下变频器要求：数字系统中，下变频器的主要指标是较低的相位噪声(应高于92dBc／1kHz)，较高的本振稳定度(
接收天线选择：根据系统设计，接收天线以14～24dBi的增益为主，成本较低且易于架设；对于集体接收可考虑使用较大增益天线，以提高接受信号载噪比。
供电要求(下变频器供电)：个体接收和集体接收的下变频器供电采用宽电压范围的线性电源。
设备选型比较和系统可靠性
数字MMDS系统的优劣取决于数字发射系统。而发射系统的核心是数字MMDS发射机。
从用户角度看，发射系统需要满足以下要求：
(1)能够长期稳定可靠运行；
(2)发射系统对信号误码率劣化是轻微的；
(3)发射系统具备较高的指标裕量，当系统或用户端受到环境影响时，收视不受影响；
(4)发射系统优劣还体现在接收门限的高低上。即使同样的接收电平，数字指标高的系统接收门限较低。
误码性能指标是数字MMDS系统最主要的指标，影响该指标的主要因素是数字发射设备，影响数字传输的发射机的主要指标包括：
(1)相位噪声(发射机本振和上变频部分)
就系统前端而言，发射机应满足相位噪声≤－110dBc／Hz(@10kHz)。
(2)本振稳定度(发射机本振和上变频部分)
本振稳定度取决于本振电路结构、装配工艺、器件Q值等因素，需要经过特殊测试和老化才能够保证高本振稳定度。一般来说，数字系统的本振稳定度在10-6之内，对于2.5GHz系统，相当于2500Hz，即±1.2kHz，考虑到系统运行环境，应达到±500Hz。从系统长期运营稳定性考虑，应使用高精度频率参考源。
(3)非线性失真控制(发射机功放本振和上变频部分)
主要的非线性失真在信号放大时产生，发射系统的主要失真在功放模组。非线性失真所带来的三阶交调和相位变化将造成数字信号码间串扰，造成码元误判。因此，发射机的数字功率要作回退，使信号工作在相对线性的放大区域，以降低非线性失真。在不辅助于非线性失真控制电路情况下，满足64QAM数字信号传输的线性放大区域非常小，一般需回退10～12dB。
为满足足够的功率输出和提高功率利用率，一般采用预失真电路来减小功放失真。对发射机的功率放大器进行线性化有五种常见技术：有源偏置、前馈、具有非线性元件的线性放大器、负反馈和预失真。其中，前馈是技术实现难度最大但效果最为理想的线性化方法。
(4)设备信噪比(发射机)
从***5可以看出，对任何一种给定的调制技术，传输信道的信噪比(S／N)越高，则其比特误码率(BEE)特性就越好。
(5)功放线性指标
功放的线性指标可以用增益线性和相位线性指标衡量。
从***6可以看出，功放的非线性失真会产生增益和相位的变化，增益变化带来的是带内失真产物的增加；相位变化直接导致星座码元的误判，从而使系统误码率严重劣化。
(6)其他指标
如频响、群时延等，也是数字发射设备的重要指标。
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