山區(qū)建設(shè)MMDS系統(tǒng)的幾點見解
何萬福
(甘肅省天祝藏族自治縣廣播電視局 733200)

　　摘 要:本文通過對地貌地形復(fù)雜的山區(qū)實施MMDS系統(tǒng)工程的調(diào)查和分析,提出了在這些地區(qū)實施這項工程建設(shè)應(yīng)考慮而且必須要解決的問題和辦法。
　　關(guān)鍵詞:多頻道多點分配系統(tǒng) 菲涅爾區(qū)傳播 同頻干擾 ?C／Ｎ?
　　
　　廣電總局提出我國要在本世紀(jì)末基本實現(xiàn)村村通廣播電視,這是廣播電視事業(yè)發(fā)展中最具有現(xiàn)實意義的任務(wù)。實現(xiàn)"村村通"也是解決老少邊貧地區(qū)廣播電視覆蓋的唯一途徑。并提出"實現(xiàn)'村村通'要從實際出發(fā),采取多種手段,什么方式均可,能用哪個用哪個,要多管齊下"的方針。
　　具有投資低、建網(wǎng)快、圖像質(zhì)量好、可靠性高等優(yōu)點的MMDS系統(tǒng)是解決農(nóng)村收看多套高質(zhì)量電視節(jié)目最有效、最實惠的一項技術(shù)手段。但MMDS的服務(wù)效果,受自然環(huán)境的影響較大,如起伏的地形、潮濕的地面、濃密的樹葉等等,都會對它的傳播帶來衰減。高層建筑和山丘則會阻擋它的信號傳播而造成陰影,尤其是給一些峰戀疊障、溝壑縱橫,地勢地貌復(fù)雜的山區(qū)實施MMDS系統(tǒng)工程帶來一定的負(fù)面影響。我們實施過程中,總結(jié)了建設(shè)MMDS系統(tǒng)的一些成功和失敗的經(jīng)驗。下面結(jié)合實際,談?wù)動嘘P(guān)這方面的幾個問題。
　　1 發(fā)射臺址和天線高度的估算
　　對于山區(qū)選擇適宜的臺址和天線高度比增加發(fā)射功率效果更為明顯。一般來說,MMDS發(fā)射臺應(yīng)選擇在CATV前端所在地,若能利用現(xiàn)有鐵塔應(yīng)盡量使用,以降低建設(shè)費用。天線所掛高度只要滿足第一菲涅爾半徑要求即可。再高也不會改善接收效果,但要注意微波能量進(jìn)入鄰市縣,干擾別人接收。
發(fā)射天線有效高度的計算公式給出了服務(wù)區(qū)半徑的極限值和必須的有效高度:如式(1)
?D＝3.55?Ｈ?（１）?
　　式中:?D?-服務(wù)區(qū)半徑(km),?H?-發(fā)射天線有效高度(m)。
　　根據(jù)上面公式可以算出不同發(fā)射天線高度時的服務(wù)區(qū)半徑的極限值(表1),它是經(jīng)過實踐驗證的數(shù)據(jù)。
　　實際上,由于菲涅爾區(qū)的影響,在達(dá)到表1所示距離之前,已經(jīng)開始出現(xiàn)附加衰減,對于不同的發(fā)射天線來說,開始出現(xiàn)附加衰減的距離各不相同,天線有效高度愈低愈不利，如表2所示。
3GHz的微波的折射效率遠(yuǎn)不如VHF／ＵＨＦ頻段明顯,做方案時,不宜計入折射能增加的服務(wù)區(qū)半徑,在系統(tǒng)建成之后,可在表1給出的距離之外進(jìn)行實地接收實驗,若達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn),但當(dāng)居民對其接收效果還能接受時,也可發(fā)展入網(wǎng)。
　　2 發(fā)射機輸出功率的計算
　　為保證接收信噪比,高頻頭入口電平應(yīng)≥－60?9dBm,按計算公式(2)
P?ｔ＝Ｐ?ｒ－Ｇ?ｔ－Ｇ?ｒ＋Ｂ?ｔ＋Ｍ＋Ｌ?ｄ (2)?
　　式中:P?t為發(fā)射機功率(dBm);P?r為接收功率(dBm);G?t為發(fā)射天線增(dB);
G?r為接收天線增益(dB);B?t為合路器、波導(dǎo)損耗(dB);M為衰落儲備(dB);
L?d自由空間損耗(dB),其值由公式(3)計算
L?d＝92.4＋201gd＋201gf?(3)
　　其中d為收發(fā)之間距離(km);f為工作頻率(GHz),MMDS頻率范圍為2.5～2.7GHz,取
ｆ＝2.7GHz,計算結(jié)果如表3
　　筆者所在縣MMDS考慮覆蓋40km,G?t=20dB,在40km處接收天線增益用24dB,衰落儲備4dB,合路損耗3dB,70m波導(dǎo)損耗1?4dB,分配器損耗4dB,則發(fā)信機輸出功率為:P ｔ＝－60.9－２０－２４＋３＋４＋１.4＋４＋１３３.1＝４０.6dBm?，F(xiàn)選用30W／路功率放大器回退至10W／路(即40dBm)輸出。大于40km時通過增大接收天線口徑來接收。
　　國內(nèi)在確定發(fā)射機功率時,都按自由空間的傳播條件來計算,而沒考慮環(huán)境將會造成的附加損耗。如果天線高度不富余,所需的發(fā)射功率又沒有考慮附加損耗,則投入運行后,在服務(wù)區(qū)邊緣時指標(biāo)會相當(dāng)緊張。國外的經(jīng)驗是,在計算載噪比時應(yīng)留出6dB的余量。但當(dāng)用山頂上的發(fā)射天線時,若其有效高度遠(yuǎn)高于需要值時,可以不考慮留此余量。
　　但應(yīng)說明,不能盲目加高天線高度,過高的發(fā)射天線高度會使本節(jié)目過多地進(jìn)入鄰市,同時也浪費了自己的發(fā)射功率。此外還會造成天線附近大片盲區(qū),同時饋線的投資也將大大增加。
　　3 天線增益與方向圖選擇
　　首先要考慮天線增益。當(dāng)鐵塔在高山上,附近居民很少時,為了照顧距鐵塔較遠(yuǎn)的一個或幾個地方,此時可選用較高增益的發(fā)射天線。但鐵搭附近會出現(xiàn)零點區(qū),選擇天線增益必須根據(jù)實際情況確定。
其次要考慮天線方向圖。選擇適當(dāng)?shù)姆较驁D,可以充分利用發(fā)射功率,又避免了本市、縣節(jié)目過多地深入到鄰市、縣去。當(dāng)服務(wù)區(qū)有特殊情況時,應(yīng)該與生產(chǎn)天線的廠家協(xié)商,就其現(xiàn)有的特殊方向圖中選用。
天?？hMMDS臺址設(shè)在烏鞘嶺電視調(diào)頻轉(zhuǎn)播臺,利用現(xiàn)有70m鐵塔。由于服務(wù)區(qū)為狹長形,且東南向跨距較大,為平衡西北方與東南方接收用戶的場強,選用55°寬角天線覆蓋東南區(qū)域,其天線增益為20dB;用180°扇形天線覆蓋西北區(qū)域,其天線增益15dB,并考慮該區(qū)域高度落差過大,其主瓣水平方向指向下俯,以減少覆蓋范圍內(nèi)的陰影區(qū)。
　　4 接收端下變頻器的選用
　　由于下變頻器是對多路信號進(jìn)行群變頻,必然會產(chǎn)生大量的2、3次諧波及和差頻率。若對下變頻器的輸出頻率選擇不當(dāng),將出現(xiàn)嚴(yán)重的諧波干擾,而且難解決?；驹瓌t是,若下變頻器的頻率低端為F?１,高端為F?２,則必須滿足F?２＜2F?１,這樣2次及3次以上的諧波都落在帶外。因此,特別要注意的是VHF頻段的使用。若在VHF頻段中放進(jìn)十幾個通道,則必然造成F ２＞2Ｆ １。下變頻器輸出的RF信號,在國外通常使用的頻段有222～４０8ＭＨz,662～８４８ＭＨz;也有更高的頻段783～９６９ＭＨz,更低的頻段150～288MHz。對于一個實際的MMDS系統(tǒng),選擇何頻段要根據(jù)當(dāng)?shù)亻_路頻率的使用情況來確定,對應(yīng)222～４０８ＭＨz,我國電視頻道劃分為增補頻道的Z8～Ｚ３５(頻段為223～４４７MHz),避開了由開路電視廣播占據(jù)的VHF、UHF頻段,應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用。但實際上,由于機上變換器尚未普通使用,特別在農(nóng)村,為避免加入MMDS網(wǎng)支付建設(shè)初裝費,同時還要購買機上變換器,以利于盡快吸收用戶入網(wǎng)。目前建設(shè)的MMDS系統(tǒng)很少選用這一頻段,而大多數(shù)是在DS13～DS24(470MHz～566MHz)之間選擇,也還可以在Z6、Z7、DS6～DS12、Z8(151～231MHz)之間選擇Z6、Z7、Z8 3個增補頻道對絕大多數(shù)彩色電視接收機來說,在不使用機上變換器情況下都能接收。
　　5 相鄰地區(qū)間的同頻干擾問題
　　這是我們共同面臨的問題,特別是我國目前開放2535～2599MHz這8個頻道,大家都用它。在兩個地區(qū)間距離較近時就出現(xiàn)同頻干擾,做規(guī)劃設(shè)計時應(yīng)當(dāng)考慮到這個問題。解決同頻干擾主要采用以下措施:
　　(1)發(fā)射天線高度以滿足本市(縣)城鄉(xiāng)覆蓋為原則,不應(yīng)過高。
　　(2)發(fā)射功率以滿足本市(縣)城鄉(xiāng)覆蓋為原則,不應(yīng)過大。
　　(3)天線方向圖應(yīng)力求接近本市(縣)城鄉(xiāng)行政區(qū)地圖形狀。
　　(4)相鄰兩個地區(qū)間有相當(dāng)于2／３行頻(對PAL制式約10400Hz)的偏移時,可降低對保護(hù)度的要求。
　　(5)使發(fā)射機的載頻穩(wěn)定度達(dá)±１Ｈｚ或3Hz,可進(jìn)一步降低對保護(hù)度的要求。
　　(6) 利用不同極化方式。
　　(7)利用接收天線前后比和旁瓣衰減的保護(hù)度。
　　通過國外實踐經(jīng)驗來看,在采取上述措施后,同頻干擾是完全可以避免的。
　　如天?？h與古浪縣相鄰,兩縣分別采用水平和垂直極化后,不存在同頻干擾現(xiàn)象。
　　6 MMDS的頻率配置
　　國際上的MMDS頻段一般是2500～2686MHz,其帶寬為186MHz,對NTSC制可容納31套節(jié)目,而在我國MMDS系統(tǒng)的使用頻段為2535～2599MHz,帶寬為64MHz,可容納8套PAL－Ｄ節(jié)目,如需再增加節(jié)目套數(shù),則應(yīng)按無線電管理規(guī)定擴頻或采用數(shù)字視頻壓縮技術(shù)。
　　7 覆蓋半徑的計算
　　對于MMDS系統(tǒng),它的覆蓋范圍決定于發(fā)射機的輻射功率、收發(fā)天線的不同增益和饋線的損耗,以及空間傳輸損耗等。覆蓋半徑的大小歸納起來就是要保證系統(tǒng)的載噪比≥44dB(國標(biāo)規(guī)定43dB),因此,求覆蓋半徑又變成求微波傳輸系統(tǒng)的載噪比Ｃ／Ｎ。
　　(1)MMDS傳輸系統(tǒng)的載噪比(?C／Ｎ?)的計算:
　　MMDS發(fā)射機指標(biāo)均符合或優(yōu)于CCIR或美國FCC規(guī)定的指標(biāo)。與傳輸過程有關(guān)的主要是視頻信噪比。在可視距離無阻擋的情況下,其S／N的計算可分二步。
　?、傧伦冾l器輸入端的接收功率電平,如公式(4)
P?c＝Ｐ?ｒ＝Ｐ?ｔ＋Ｇ?ｔ－Ｂ?ｔ－Ｌ?ｄ＋Ｇ?ｒ－?Ｍ?（４）
　　式中:B?t為發(fā)射端天饋系統(tǒng)損耗(合路器、饋線、連接線損耗),一般取4～5.7dB,具體設(shè)計時應(yīng)代入實際損耗值;P?c為載波電平;M為傳輸特性中的衰落儲備。M取6dB。
　?、谡{(diào)幅系統(tǒng)由C／Ｎ＝Ｐ?r-N?F-N。 (5)
　　則由發(fā)射設(shè)備至接收設(shè)備的未加權(quán)信噪比為:
Ｓ／Ｎ=P?t-B?t+G?t-L?d+G?r-N?F-N?。(dB) (6)
　　式中:N?F為接收端下變頻器聲系數(shù)(dB);N。為背景噪聲dBW(又稱基準(zhǔn)噪聲、無源
　　回路噪聲功率)其值由式(7)計算
Ｎ?０＝?ＫＴＢ? （７）
　　式中：Ｋ為波爾茲曼常數(shù)1.38×１０ －２３?（Ｊ／?）；T為絕對溫度，常溫時取293；B為視頻帶寬5.75×１０?－６ Ｈｚ（ＰＡＬ－Ｄ）則Ｎ?０＝－１３６?３８ｄＢW。
　　(2)覆蓋半徑的計算(視距內(nèi))
　　這里主要考慮的是MMDS代替超干線,進(jìn)入小區(qū)CATV系統(tǒng)的情況,我們知道,在CATV設(shè)計中系統(tǒng)載噪比的設(shè)計值一般取44dB,那么若將該指標(biāo)作如下分配,如表4。
　　表中C／Ｎ?值由公式(8)計算
C／Ｎ＝Ｃ／Ｎ?′－１０ｌｇ?ｑ?(8)
　　式中:?Ｃ／Ｎ?′-系統(tǒng)設(shè)計值44dB;q-分配系數(shù)。
　　即希望系統(tǒng)?Ｃ／Ｎ?不小于44dB,則MMDS系統(tǒng)的載噪比(?C／Ｎ?)必須不小于48.6dB,所以這里討論的覆蓋半徑主要尋找滿足(C／Ｎ)?ＭＭＤＳ＝48.6dB的傳輸距離,而不去考慮其它因素的一種估算。將48?6dB代入公式(9)
G?r=C/N-P?。-7?25+N?F?+20lg?d?(km) (9)?
式中:輻射功率?P?。(ExRp)等于發(fā)射功率及發(fā)射天線增益G?t之和(傳輸線上的損耗忽略不計),即:P?０=P?t+G?t然后求出d,然后再求出LNC的輸入電平P?ｉ（ＬＮＣ）,它因Ｋ２〗在LNC的接收電平范圍內(nèi)。這樣在選定發(fā)射機功率之后,在使用不同型號收發(fā)天線情況下滿足收轉(zhuǎn)條件:Ｃ／Ｎ＝48.6dB的視距內(nèi)的覆蓋距離。
　　8 接收點的選擇
　　由于MMDS的覆蓋效果受自然環(huán)境的影響較大,尤其是山區(qū),如起伏的地形,潮濕的地面,濃密的樹葉等,都會帶來衰減。所以選擇接收點必須考慮到這方面的因素。如在有樹林的地方,接收電平受季節(jié)性的樹葉的影響,冬天安裝天線時要特別注意;有的村莊被山阻擋,但山不太高時,可在山頂選接收點引入村莊,距離較短時直接用－９或－１２電纜引入;距離在一二百米以上,向接收點接通電源,將接收信號經(jīng)放大器放大后再引入,以保證接收信號的載噪比。若有大量的潛在用戶被山阻擋,可考慮安裝"中繼器"來彌補這些陰影區(qū)(這里不再詳細(xì)討論)。
　　為保證可靠性和圖像質(zhì)量,在可能的情況下,增加接收點,力求減小有線分配網(wǎng)的規(guī)模。在農(nóng)村,一般的村莊,大多百來戶,設(shè)置一個接收單元較合適;較大的鄉(xiāng)村應(yīng)考慮分塊設(shè)置多個接收單元,以保證用戶接收圖像質(zhì)量。
　　綜上所述,在MMDS系統(tǒng)建設(shè)中,只要因地制宜,綜合考慮,山區(qū)建設(shè)MMDS也能收到較理想的覆蓋效果。
參考文獻(xiàn)